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固态器件理论(8)绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)

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    • MOSFET工作
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正文

注:Insulated-gate Field-effect Transistors (IGFET),翻译:晶体管的绝缘栅场效应(MOSFET)。 The Insulated-Gate Field-Effect Transistor (IGFET), also known as the Metal Oxide Field Effect Transistor (MOSFET). 晶体管的绝缘栅场效应(IGFET),也称为金属氧化物场效应晶体管(MOSFET).

晶体管的绝缘栅场效应(IGFET),也称为金属氧化物场效应晶体管(MOSFET),是场效应晶体管(FET)衍生产品。 如今,大多数晶体管都属于MOSFET类型是数字集成电路的组成部分。 尽管分立的BJT比分立的MOSFET数量更多。 集成电路MOSFET晶体管的数量可能接近数百万。 单个MOSFET设备尺寸小于1微米,每18个月减少一次。 更大的MOSFET能在低压下切换近100安培电流; 有些可以在较低的电流下处理近1000 V的电压。 这些设备占平方厘米硅的很大一部分。 MOSFET应用范围比JFET要广泛得多。 但是,此时MOSFET功率器件不像双极结晶管那样广泛使用。

MOSFET工作

MOSFET具有类似于FET源极、栅极、漏极端子。 但是,与FET与硅相比,栅极引线没有直接连接。 MOSFET栅极是二氧化硅绝缘体顶部的金属或多晶硅层。 下图中的栅极和金属氧化物半导体(MOS)类似的电容器。 充电时,电容器极板具有相应电池端子的充电极性。 下板为P型硅,电子通过电池负极(-)端子排斥氧化物,被正极排斥( )顶板吸引。 氧化物附近的电子过量会在氧化物下形成反向(电子过量)通道。 该沟还伴随着将沟与硅衬底隔离的耗尽区域。 在这里插入图片描述

N沟道MOS电容器:(a)不充电,(b)充电。

在下图(a)中,将MOS放置在P型衬底中的一对N型扩散之间的电容器。 电容器上没有电荷,栅极上没有偏压,N类型扩散,源极和漏极保持电气隔离。

N沟道MOSFET(增强型):(a)0 V栅极偏置,(b)正栅极偏置。

施加到格栅极的正偏压会给电容器(格栅极)充电。 氧化物顶部的栅极从栅极偏置电池带来正电荷。 带负电荷的P型衬底在栅极下方。 在栅极氧化物下形成电子过量的反转区。 目前,该区域连接源极和漏极N区域,形成从源极到漏极的连续N区域。 因此,与FET一样,MOSFET是单极器件。 负责传导的电荷载体类型。 这个例子是N沟MOSFET。 从源极到漏极,通过在这些连接之间施加电压来传导大电流。 实际电路的负载应与上图相同(b)中间的漏电池串联。

增强场效应管

上图所示的MOSFET被称为增强模式MOSFET。通过施加偏压来增强栅极下方的通道,可以打开不导通的截止通道。这是最常见的设备。这里不再描述另一个MOSFET。对于耗尽型设备,请参见绝缘栅场效应晶体管一章。

MOSFET与FET同样,它们都是电压控制装置。输入到格栅极的电压控制电流从源极流向泄漏极。格栅极不吸收连续电流。然而,格栅极会产生电流浪涌,以充电格栅极的电容。

N沟道分立MOSFET截面如下图所示(a)所示。分立器件通常优化高功率开关。 N 表示源极和漏极是重N型混合物。这减少了从源极到漏极的高电流路径的电阻损耗。 N-表示轻掺杂。可以通过施加正偏置电压来反转源极与漏极之间栅极下方的P区。掺合轮廓为横截面,可在硅芯上布置蛇形图案。这大大增加了面积,从而提高了当前的处理能力。

N沟道MOSFET(增强型):(a)横截面,(b)原理图符号。

上图(b)中的MOSFET原理图符号显示浮动栅极,表示没有直接连接到硅衬底。从源极到漏极的虚线表明该装置处于关闭状态,即不导通,栅极偏置为零。通常处于关闭状态MOSFET是增强模式设备。必须通过在栅极上施加偏压传导来增强沟道。衬底箭头的指向端对应P型材料,指向N型通道,即非指向端。这是N沟道MOSFET的符号。箭头指向P通道设备(未显示)的相反方向。 MOSFET四端设备:源极、栅极、漏极和衬底。衬底是分立的MOSFET连接到源极,使包装部件成为三端装置。 MOSFET它是集成电路的一部分,所有设备都有通用基板,除非有意隔离。该公共连接可以从裸片上粘结出来,以连接到地或电源偏置电压。

V-MOS

N沟道“ V-MOS”晶体管:(a)横截面,(b)原理图符号。

(上图)中的V-MOS该装置是一种改进功率MOSFET,其掺杂分布用于降低导通状态下的极端泄漏电阻。 VMOS以V形栅极区域命名,V形栅极区域增加了源极-漏极路径的横截面积。 这将损失降到最低,并允许切换更高的功率水平。 使用U形凹槽UMOS变体在制造中更具可复制性。

回顾

MOSFET它是一种单极导电器件,可与电荷载流子(如FET)导通,但与BJT不同。 MOSFET是像FET压控器件相同。 电极电压输入控制源极消耗电流。 MOSFET除漏电外,栅极不吸收连续电流。 然而,对栅极电容器充电需要相当大的初始电流浪涌。

参考资料

Conventional Transistor Overview and Special Transistors Worksheet

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标签: 压接式绝缘栅双极型晶体管

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