理解MOSFET的幾個常用參數VDS,即漏源電壓,這是MOSFET的一個極限參數,表示MOSFET漏極與源極之間能夠承受的較大電壓值。需要注意的是,這個參數是跟結溫相關的,通常結溫越高,該值較大。RDS(on),漏源導通電阻,它表示MOSFET在某一條件下導通時,漏源極之間的導通電阻。這個參數與MOSFET結溫,驅動電壓Vgs相關。在一定范圍內,結溫越高,Rds越大;驅動電壓越高,Rds越小。Qg,柵極電荷,是在驅動信號作用下,柵極電壓從0V上升至終止電壓(如15V)所需的充電電荷。也就是MOSFET從截止狀態到完全導通狀態,驅動電路所需提供的電荷,是一個用于評估MOSFET的驅動電路驅動能力的主要參數。Id,漏極電流,漏極電流通常有幾種不同的描述方式。根據工作電流的形式有,連續漏級電流及一定脈寬的脈沖漏極電流。MOSFET簡稱金氧半場效晶體管。上海低壓N管MOSFET技術參數
MOSFET工作原理:要使增強型N溝道MOSFET工作,要在G、S之間加正電壓VGS及在D、S之間加正電壓VDS,則產生正向工作電流ID。改變VGS的電壓可控制工作電流ID。若先不接VGS(即VGS=0),在D與S極之間加一正電壓VDS,漏極D與襯底之間的PN結處于反向,因此漏源之間不能導電。如果在柵極G與源極S之間加一電壓VGS。此時可以將柵極與襯底看作電容器的兩個極板,而氧化物絕緣層作為電容器的介質。當加上VGS時,在絕緣層和柵極界面上感應出正電荷,而在絕緣層和P型襯底界面上感應出負電荷。這層感應的負電荷和P型襯底中的多數載流子(空穴)的極性相反,所以稱為“反型層”,這反型層有可能將漏與源的兩N型區連接起來形成導電溝道。張家港高壓P管MOSFET定制MOSFET箭頭方向永遠從P端指向N端。
模擬電路有一段時間,MOSFET并非模擬電路設計工程師的 ,因為模擬電路設計重視的性能參數,如晶體管的轉導(transconductance)或是電流的驅動力上,MOSFET不如BJT來得適合模擬電路的需求。但是隨著MOSFET技術的不斷演進, 的CMOS技術也已經可以符合很多模擬電路的規格需求。再加上MOSFET因為結構的關系,沒有BJT的一些致命缺點,如熱破壞(thermal runaway)。另外,MOSFET在線性區的壓控電阻特性亦可在集成電路里用來取代傳統的多晶硅電阻(poly resistor),或是MOS電容本身可以用來取代常用的多晶硅—絕緣體—多晶硅電容(PIP capacitor),甚至在適當的電路控制下可以表現出電感(inductor)的特性,這些好處都是BJT很難提供的。也就是說,MOSFET除了扮演原本晶體管的角色外,也可以用來作為模擬電路中大量使用的被動元件(passive device)。這樣的優點讓采用MOSFET實現模擬電路不但可以滿足規格上的需求,還可以有效縮小芯片的面積,降低生產成本。
柵極氧化層隨著MOSFET尺寸變小而越來越薄,主流的半導體制程中,甚至已經做出厚度 有1.2納米的柵極氧化層,大約等于5個原子疊在一起的厚度而已。在這種尺度下,所有的物理現象都在量子力學所規范的世界內,例如電子的穿隧效應(tunneling effect)。因為穿隧效應,有些電子有機會越過氧化層所形成的位能障壁(potential barrier)而產生漏電流,這也是 集成電路芯片功耗的來源之一。為了解決這個問題,有一些介電常數比二氧化硅更高的物質被用在柵極氧化層中。例如鉿(Hafnium)和鋯(Zirconium)的金屬氧化物(二氧化鉿、二氧化鋯)等高介電常數的物質均能有效降低柵極漏電流。柵極氧化層的介電常數增加后,柵極的厚度便能增加而維持一樣的電容大小。而較厚的柵極氧化層又可以降低電子透過穿隧效應穿過氧化層的機率,進而降低漏電流。不過利用新材料制作的柵極氧化層也必須考慮其位能障壁的高度,因為這些新材料的傳導帶(conduction band)和價帶(valence band)和半導體的傳導帶與價帶的差距比二氧化硅小(二氧化硅的傳導帶和硅之間的高度差約為8ev),所以仍然有可能導致柵極漏電流出現。MOSFET依照其“通道”(工作載流子)的極性不同,可分為“N型”與“P型” 的兩種類型。
在絕緣層和柵極界面上感應出正電荷,而在絕緣層和P型襯底界面上感應出負電荷。這層感應的負電荷和P型襯底中的多數載流子(空穴)的極性相反,所以稱為“反型層”,這反型層有可能將漏與源的兩N型區連接起來形成導電溝道。當VGS電壓太低時,感應出來的負電荷較少,它將被P型襯底中的空穴中和,因此在這種情況時,漏源之間仍然無電流ID。當VGS增加到一定值時,其感應的負電荷把兩個分離的N區溝通形成N溝道,這個臨界電壓稱為開啟電壓(或稱閾值電壓、門限電壓),用符號VT表示(一般規定在ID=10uA時的VGS作為VT)。當VGS繼續增大,負電荷增加,導電溝道擴大,電阻降低,ID也隨之增加,并且呈較好線性關系,如圖3所示。此曲線稱為轉換特性。因此在一定范圍內可以認為,改變VGS來控制漏源之間的電阻,達到控制ID的作用。由于這種結構在VGS=0時,ID=0,稱這種MOSFET為增強型。另一類MOSFET,在VGS=0時也有一定的ID(稱為IDSS),這種MOSFET稱為耗盡型。它的結構如圖4所示,它的轉移特性如圖5所示。VP為夾斷電壓(ID=0)。MOSFET的兩種類型通常又稱為NMOSFET與PMOSFET。無錫低壓N+PMOSFET設計
在集成電路中的MOSFET通常因為使用同一個基極(common bulk),所以不標示出基極的極性。上海低壓N管MOSFET技術參數
MOSFET在概念上屬于“絕緣柵極場效晶體管”(Insulated-Gate Field Effect Transistor,IGFET),而IGFET的柵極絕緣層有可能是其他物質而非MOSFET使用的氧化層。有些人在提到擁有多晶硅柵極的場效晶體管元件時比較喜歡用IGFET,但是這些IGFET多半指的是MOSFET。從名字表面的角度來看MOSFET的命名,事實上會讓人得到錯誤的印象。因為MOSFET里 “metal”的 個字母M在當下大部分同類的元件里是不存在的。早期MOSFET的柵極(gate electrode)使用金屬作為其材料,但隨著半導體技術的進步,隨后MOSFET柵極使用多晶硅取代了金屬。在處理器中,多晶硅柵已經不是主流技術,從英特爾采用45納米線寬的P1266處理器開始,柵極開始重新使用金屬。上海低壓N管MOSFET技術參數
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