(场效应管)”是英文MetalOxide Semicoductor Field Effect Transistor的缩写,译成中文是“金属氧化物半导体场效应管”。它是由金属、氧化物(SiO2或SiN)及半导体三种资料制作成的器材。所谓功率MOSFET(场效应管)(Power MOSFET(场效应管))是指它能输出较大的作业电流(几安到几十安),用于功率输出级的器材。
图1是典型平面N沟道增强型MOSFET(场效应管) 的剖面图。它用一块P型硅半导体资料作衬底(图la),在其面上扩散了两个N型区(图lb),再在上面掩盖一层二氧化硅(SiQ2)绝缘层(图lc),最 后在N区上方用腐蚀的办法做成两个孔,用金属化的办法分别在绝缘层上及两个孔内做成三个电极:G(栅极)、S(源极)及D(漏极),如图1d所示。
从图1中能够精确的看出栅极G与漏极D及源极S是绝缘的,D与S之间有两个PN结。正常的状况下,衬底与源极在内部衔接在一起。
图1是N沟道增强型MOSFET(场效应管)的根本结构图。为了改进某些参数的特性,如进步作业电流、进步作业电压、下降导通电阻、进步开关特性等有 不同的结构及工艺,构成所谓VMOS、DMOS、TMOS等结构。图2是一种N沟道增强型功率MOSFET(场效应管)的结构图。虽然有不同的结构,但其作业原理是相同的,这儿就不逐个介绍了。MOSFET(场效应管)的作业原理
要使增强型N沟道MOSFET(场效应管)作业,要在G、S之间加正电压VGS及在D、S之间加正电压VDS,则发生正向作业电流ID。改动VGS的电压可操控作业电流ID。如图3所示。
若先不接VGS(即VGS=0),在D与S极之间加一正电压VDS,漏极D与衬底之间的PN结处于反向,因而漏源之间不能导电。如果在栅极G与源极S之间加一电压VGS。此刻能够将栅极与衬底看作电容器的两个极板,而氧化物绝缘层作为电容器的介质。当加上VGS时,在绝缘层和栅极界面上感应出正电荷,而在绝缘层和P型衬底界面上感应出负电荷(如图3)。这层感应的负电荷和P型衬底中的大都载流子(空穴)的极性相反,所以称为“反型层”,这反型层有可能将漏与源的两N型区衔接起来构成导电沟道。当VGS电压太低时,感应出来的负电荷较少,它将被P型衬底中的空穴中和,因而在这样的一种状况时,漏源之间依然无电流ID。当VGS添加到必定值时,其感应的负电荷把两个别离的N区交流构成N沟道,这个临界电压叫做敞开电压(或称阈值电压、门限电压),用符号VT表明(一般规定在ID=10uA时的VGS作为VT)。当VGS持续增大,负电荷添加,导电沟道扩展,电阻下降,ID也随之添加,而且呈较好线所示。此曲线称为转化特性。因而在一些范围内能够以为,改动VGS来操控漏源之间的电阻,到达操控ID的效果。
因为这种结构在VGS=0时,ID=0,称这种MOSFET(场效应管)为增强型。另一类MOSFET(场效应管),在VGS=0时也有必定的ID(称为IDSS),这种MOSFET(场效应管)称为耗尽型。它的结构如图5所示,它的搬运特性如图6所示。VP为夹断电压(ID=0)。
耗尽型与增强型首要区别是在制作SiO2绝缘层中有很多的正离子,使在P型衬底的界面上感应出较多的负电荷,即在两个N型区中心的P型硅内构成一N型硅薄层而构成一导电沟道,所以在VGS=0时,有VDS效果时也有必定的ID(IDSS);当VGS有电压时(能够是正电压或负电压),改动感应的负电荷数量,然后改动ID的巨细。VP为ID=0时的-VGS,称为夹断电压。
除了上述选用P型硅作衬底构成N型导电沟道的N沟道MOSFET(场效应管)外,也可用N型硅作衬底构成P型导电沟道的P沟道MOSFET(场效应管)。这样,MOSFET(场效应管)的分类如图7所示。
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