��ȨͶ��
��ҳ / �ٿ� / MOSFET
MOSFET

MOSFET

����������-������뵼�峡Ч�����
���ࣺ ���ӹ���
���ԣ� ����
����޸�ʱ�䣺 2014��04��21��
�������������0
����-������ �뵼�峡Ч����ܣ���ƽ����볡Ч����ܣ�Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET����һ�ֿ��Թ㷺ʹ����ģ���·�����ֵ�·�ij�Ч����ܣ�field-effect transistor����MOSFET�����䡰ͨ�����ļ��Բ�ͬ���ɷ�Ϊ��N�͡��롰P�͡� ��MOSFET��ͨ���ֳ�ΪNMOSFET��PMOSFET����������а���NMOS FET��PMOS FET��nMOSFET��pMOSFET�ȡ�

����1�ṹ

����ͼ1�ǵ���ƽ��N������ǿ��MOSFET������ͼ������һ��P�͹��뵼���������ĵף�ͼla��������������ɢ������N������ͼlb�����������渲��һ���������(SiO2����Ե�㣨ͼ1c���������N���Ϸ��ø�ʴ�ķ������������ף��ý������ķ����ֱ��ھ�Ե���ϼ������������������缫��G(դ������S��Դ������D��©��������ͼ1d��ʾ��

��MOSFET

��  ƽ��N������ǿ��MOSFET

������ͼ1�п��Կ���դ��G��©��D��Դ��S�Ǿ�Ե�ģ�D��S֮��������PN����һ������£��ĵ���Դ�����ڲ�������һ��

����ͼ3��N������ǿ��MOSFET�Ļ����ṹͼ��Ϊ�˸���ijЩ���������ԣ�����߹�����������߹�����ѹ�����͵�ͨ���衢��߿������Ե��в�ͬ�Ľṹ�����գ�������νVMOS��DMOS��TMOS�Ƚṹ��ͼ2��һ��N������ǿ�͹���MOSFET�Ľṹͼ����Ȼ�в�ͬ�Ľṹ�����乤��ԭ������ͬ�ģ�����Ͳ�һһ�����ˡ�

����2����ԭ��

����Ҫʹ��ǿ��N����MOSFET������Ҫ��G��S֮�������ѹVGS����D��S֮�������ѹVDS�����������������ID���ı�VGS�ĵ�ѹ�ɿ��ƹ�������ID����ͼ3��ʾ������↑����

�������Ȳ���VGS����VGS=0������D��S��֮���һ����ѹVDS��©��D��ĵ�֮���PN�ᴦ�ڷ������©Դ֮�䲻�ܵ��硣�����դ��G��Դ��S֮���һ��ѹVGS����ʱ���Խ�դ����ĵ׿������������������壬���������Ե����Ϊ�������Ľ��ʡ�������VGSʱ���ھ�Ե���դ�������ϸ�Ӧ������������ھ�Ե���P�ͳĵ׽����ϸ�Ӧ������ɣ���ͼ3��������Ӧ�ĸ���ɺ�P�ͳĵ��еĶ��������ӣ���Ѩ���ļ����෴�����Գ�Ϊ“���Ͳ�”���ⷴ�Ͳ��п��ܽ�©��Դ����N�������������γɵ��繵������VGS��ѹ̫��ʱ����Ӧ�����ĸ���ɽ��٣�������P�ͳĵ��еĿ�Ѩ�кͣ�������������ʱ��©Դ֮����Ȼ�޵���ID����VGS���ӵ�һ��ֵʱ�����Ӧ�ĸ���ɰ����������N����ͨ�γ�N����������ٽ��ѹ��Ϊ������ѹ�������ֵ��ѹ�����޵�ѹ�����÷���VT��ʾ��һ��涨��ID=10uAʱ��VGS��ΪVT������VGS�������󣬸�������ӣ����繵�����󣬵��轵�ͣ�IDҲ��֮���ӣ����ҳʽϺ����Թ�ϵ����ͼ4��ʾ�������߳�Ϊת�����ԡ������һ����Χ�ڿ�����Ϊ���ı�VGS������©Դ֮��ĵ��裬�ﵽ����ID�����á�

�����������ֽṹ��VGS=0ʱ��ID=0��������MOSFETΪ��ǿ�͡���һ��MOSFET����VGS=0ʱҲ��һ����ID����ΪIDSS��������MOSFET��Ϊ�ľ��͡����Ľṹ��ͼ5��ʾ������ת��������ͼ6��ʾ��VPΪ�жϵ�ѹ��ID=0����

mosfet

�����ľ�������ǿ����Ҫ������������SiO2��Ե�����д����������ӣ�ʹ��P�ͳĵ׵Ľ����ϸ�Ӧ���϶�ĸ���ɣ���������N�����м��P�͹����γ�һN�͹象����γ�һ���繵����������VGS=0ʱ����VDS����ʱҲ��һ����ID(IDSS������VGS�е�ѹʱ������������ѹ�򸺵�ѹ�����ı��Ӧ�ĸ�����������Ӷ��ı�ID�Ĵ�С��VPΪID=0ʱ��-VGS����Ϊ�жϵ�ѹ��

����3��ϸ��Ϣ

��������

���������ֱ���ĽǶ�����MOSFET����������ʵ�ϻ����˵õ������ӡ����ΪMOSFET�����“metal”�ĵ�һ����ĸM�ڵ��´󲿷�ͬ���Ԫ�����Dz����ڵġ�����MOSFET��դ����gate electrode��ʹ�ý�����Ϊ����ϣ��������뵼�弼���Ľ��������MOSFETդ��ʹ���ྦྷ��ȡ���˽������ڴ������У��ྦྷ��դ�Ѿ�����������������Ӣ�ض�����45�����߿���P1266��������ʼ��դ����ʼ����ʹ�ý�������

����MOSFET�ڸ���������“��Եդ����Ч�����”��Insulated-Gate Field Effect Transistor,IGFET������IGFET��դ����Ե���п������������ʶ���MOSFETʹ�õ������㡣��Щ�����ᵽӵ�жྦྷ��դ���ij�Ч�����Ԫ��ʱ�Ƚ�ϲ����IGFET��������ЩIGFET���ָ����MOSFET��

����MOSFET���������λ����ͨ���Ϸ��������������ѹ�IJ�ͬ�����������ĺ�Ƚ�����ʮ�����ٰ���Å�����ȣ�ͨ�������Ƕ������裨silicon dioxide,SiO2����������Щ�µĽ����Ƴ��Ѿ�����ʹ���絪�����裨silicon oxynitride,SiON����Ϊ������֮�á�

�������հ뵼��Ԫ���IJ���ͨ���Թ裨silicon��Ϊ��ѡ������Ҳ��Щ�뵼����˾��չ��ʹ�������뵼����ϵ��Ƴ̣�����������������IBMʹ�ù����ࣨgermanium���Ļ��������չ�Ĺ����Ƴ̣�silicon-germanium process,SiGe process��������ϧ���Ǻܶ�ӵ�����õ��Եİ뵼����ϣ����黯����gallium arsenide,GaAs������Ϊ�޷��ڱ��泤��Ʒ�ʹ��õ������㣬�����޷���������MOSFETԪ����

������һ������ĵ�λ��ʩ��MOSFET��դ����Դ����source��֮��ʱ���糡�����������·��İ뵼������γɸ�Ӧ��ɣ�����ʱ��ν��“���Ͳ�”��inversion channel���ͻ��γɡ�ͨ���ļ�������©����drain����Դ����ͬ������©����Դ����N�ͣ���ôͨ��Ҳ����N�͡�ͨ���γɺ�MOSFET�����õ���ͨ����������ʩ��դ���ĵ�ѹֵ��ͬ������MOSFET��ͨ�������ĵ�����С���������ƶ��ı䡣

������·����

����������MOSFET�ĵ�·�����кܶ��ֱ仯��������������һ��ֱ�ߴ���ͨ����������ͨ����ֱ���ߴ���Դ����©�����󷽺�ͨ��ƽ�ж��ҽ϶̵��ߴ���դ��������ͼ��ʾ����ʱҲ�Ὣ����ͨ����ֱ���������ߴ��棬��������ǿ��MOSFET��enhancement mode MOSFET�����Ǻľ���MOSFET��depletion mode MOSFET����

�����������ɵ�·оƬ�ϵ�MOSFETΪ�Ķ�Ԫ�������Գ���դ����Դ����©���⣬����һ������Bulk����Body����MOSFET��·�����У���ͨ����������ļ��ŷ�����ɱ�ʾ��Ԫ��ΪN�ͻ���P�͵�MOSFET����ͷ������Զ��P��ָ��N�ˣ����Լ�ͷ��ͨ��ָ������˵�ΪP�͵�MOSFET������PMOS��������Ԫ����ͨ��ΪP�ͣ�����֮����ͷ�ӻ���ָ��ͨ�������������ΪP�ͣ���ͨ��ΪN�ͣ���Ԫ��ΪN�͵�MOSFET�����NMOS����һ��ֲ�ʽMOSFETԪ����discrete device���У�ͨ���ѻ�����Դ������һ�𣬹ʷֲ�ʽMOSFETͨ��Ϊ����Ԫ�������ڼ��ɵ�·�е�MOSFETͨ����Ϊʹ��ͬһ��������common bulk�������Բ���ʾ�������ļ��ԣ�����PMOS��դ���˶��һ��ԲȦ��ʾ����

��������ԭ��

����MOSFET�ĺ��ģ�����—������—�뵼�����

��������—������—�뵼��ṹMOSFET�ڽṹ����һ������—������—�뵼��ĵ���Ϊ���ģ���ǰ���������յ�MOSFET����Զྦྷ��ȡ��������Ϊ��դ�����ϣ���������IJ��϶���Ƕ������裬��������Ϊ�����Ĺ裬������������Ϊդ���Ķྦྷ�衣�����ӵĽṹ���õ���һ����������capacitor������������ݵ������н���ʣ�dielectric material���Ľ�ɫ��������ֵ��������ĺ�����������Ľ�糣����dielectric constant����������դ���ྦྷ��������Ĺ����ΪMOS���ݵ������˵㡣

������һ����ѹʩ����MOS���ݵ�����ʱ���뵼��ĵ�ɷֲ�Ҳ������ı䡣����һ��P�͵İ뵼�壨��ѨŨ��ΪNA���γɵ�MOS���ݣ���һ�����ĵ�ѹVGBʩ����դ��������ˣ���ͼ��ʱ����Ѩ��Ũ�Ȼ���٣����ӵ�Ũ�Ȼ����ӡ���VGB��ǿʱ���ӽ�դ���˵ĵ���Ũ�Ȼᳬ����Ѩ�������P�Ͱ뵼���У�����Ũ�ȣ�������ɣ�������Ѩ��������ɣ�Ũ�ȵ����򣬱�����ν�ķ�ת�㣨inversion layer����

����MOS���ݵ����Ծ�����MOSFET�IJ������ԣ�����һ��������MOSFET�ṹ����Ҫһ���ṩ���������ӣ�majority carrier����Դ���Լ�������Щ���������ӵ�©����

�����ṹ

����һ��NMOS����ܵ��������ͼ��ͼ��һ��N�� MOSFET�����¼��NMOS���Ľ���ͼ����ǰ������MOSFET�ĺ�����λ�������MOS���ݣ�������������������Դ����©����Դ����©�������Ա���ͬΪN�ͣ���NMOS������ͬΪP�ͣ���PMOS������ͼNMOS��Դ����©���ϱ�ʾ��“N+”�������������壺��N�������ӣ�doped����Դ����©����������ʼ���ΪN����“+”�����������Ϊ�߲���Ũ������heavily doped region����Ҳ���Ǵ����ĵ���Ũ��Զ��������������Դ����©��֮�䱻һ�������෴�����������Ҳ������ν�Ļ�������ƻ��壩���������NMOS����ô��������IJ��Ӿ���P�͡���֮��PMOS���ԣ�����Ӧ����N�ͣ���Դ����©����ΪP�ͣ��������أ�����zhong�����ӵ�P+��������IJ���Ũ�Ȳ���Ҫ��Դ����©����ô�ߣ�������ͼ��û��“+”��

���������NMOS���ԣ�����������Ϊͨ������������ͨ����ֻ��MOS�������·��뵼��ı������򡣵�һ������ѹʩ����դ���ϣ�������ĵ��Ӿͻᱻ���������棬�γ�ͨ������N�Ͱ뵼��Ķ���������—���ӿ��Դ�Դ������©������������ѹ���Ƴ������Ƿ���һ������ѹ����ôͨ�����޷��γɣ�������Ҳ�޷���Դ����©��֮��������

������������Ķ��󻻳�PMOS����ôԴ����©��ΪP�͡���������N�͡���PMOS��դ����ʩ�Ӹ���ѹ����뵼���ϵĿ�Ѩ�ᱻ�����������γ�ͨ�����뵼��Ķ���������—��Ѩ����Դ�Դ������©���������������ѹ���Ƴ������Ǽ�������ѹ����ôͨ���޷��γɣ�һ���޷�����������Դ����©����������

�����ر�Ҫ˵�����ǣ�Դ����MOSFET�����˼��“�ṩ���������ӵ���Դ”����NMOS���ԣ������������ǵ��ӣ���PMOS���ԣ������������ǿ�Ѩ����Եģ�©�����ǽ��ܶ��������ӵĶ˵㡣

����4����ģʽ

����NMOS��©��������©����ѹ֮���ڲ�ͬVGSVth�Ĺ�ϵ

����MOSFET�������������Ľ���ͼ

����MOSFET�ڱ����������Ľ���ͼ������MOSFET��դ����Դ������©���������˵�ʩ�ӵ�“ƫѹ”��bias����ͬ��һ�������ļ�ǿ�ͣ�enhancement mode��N�� MOSFET���������ֲ������䣺��ֹ�����������cut-off or sub-threshold region������դ����Դ����ĵ�ѹVGS��G����դ����S����Դ����С��һ����Ϊ�ٽ��ѹ��threshold voltage,Vth����ֵʱ�����MOSFET�Ǵ���“��ֹ”��cut-off����״̬�������޷��������MOSFET��Ҳ�������MOSFET����ͨ��

��������ʵ�ϵ�VGS>Vth����VDS=0��һЩӵ�д���MOSFET�ļ��ɵ�·��Ʒ����DRAM�������޵�����������ɶ���������������ġ�

����5Ӧ������

����MOSFET��1960���ɱ���ʵ���ң�Bell Lab.����D. Kahng�� Martin Atalla�״�ʵ���ɹ�������Ԫ���IJ���ԭ����1947����������William Shockley�����˷�����˫�����Ӿ���ܣ�Bipolar Junction Transistor,BJT����Ȼ��ͬ������Ϊ����ɱ�������ʹ�������С�������϶ȵ����ƣ��ڴ��ͼ��ɵ�·��Large-Scale Integrated Circuits,LSI�����dz����ͼ��ɵ�·��Very Large-Scale Integrated Circuits,VLSI�����������Ҫ��Զ����BJT��

��������MOSFETԪ�������������������˴�ͳ��Ӧ��������΢��������΢����������λ�źŴ����ij����ϣ�Ҳ��Խ��Խ��ģ���źŴ����ļ��ɵ�·������MOSFET��ʵ�֣����·ֱ������ЩӦ�á�

������λ��·

������λ�Ƽ��Ľ�������΢����������Ч�ܲ������������������з���һ��MOSFET����Ķ�������Ҳʹ��MOSFET�����IJ����ٶ�Խ��Խ�죬������Ϊ���ְ뵼������Ԫ��������һ�֡�MOSFET����λ�źŴ���������Ҫ�ijɹ�����CMOS�߼���·�ķ��������ֽṹ���ĺô��������ϲ����о�̬�Ĺ�����ģ�ֻ�����߼��ţ�logic gate�����л�����ʱ���е���ͨ����CMOS�߼���������ij�Ա��CMOS��������inverter����������CMOS�߼��ŵĻ�����������ͬ������һ����ͬһʱ���ڱض�ֻ��һ�־���ܣ�NMOS����PMOS�����ڵ�ͨ��״̬�£���һ�ֱض��ǽ�ֹ״̬����ʹ�ô���Դ�˵��ӵ��˲�����ֱ�ӵ�ͨ��·����������ʡ�˵������ʵ����ģ�Ҳ�����˼��ɵ�·�ķ�������

����MOSFET����λ��·��Ӧ�õ�����һ�������Ƕ�ֱ����DC���źŶ��ԣ�MOSFET��դ�����迹Ϊ���޴󣨵�Ч�ڿ�·����Ҳ���������ϲ����е�����MOSFET��դ���������·��Ľӵص㣬������ȫ�ɵ�ѹ����դ������ʽ������MOSFET����������Ҫ�ľ�������BJT���֮�¸�Ϊʡ�磬����Ҳ��������������CMOS�߼���·����˸�������оƬ�⸺�أ�off-chip load������������driver���⣬ÿһ�����߼��Ŷ�ֻҪ���ͬ����MOSFET��դ�������һ���ϲ��迼���߼��ű����������������֮�£�BJT���߼���·�����������TTL����û����Щ���ơ�MOSFET��դ������������޴���ڵ�·��ƹ���ʦ�������������ŵ㣬����ϲ��迼���߼�������˵ĸ���ЧӦ��loading effect����

����ģ���·

������һ��ʱ�䣬MOSFET����ģ���·��ƹ���ʦ����ѡ����Ϊģ���·������ӵ����ܲ������羧��ܵ�ת����transconductance�����ǵ������������ϣ�MOSFET����BJT�����ʺ�ģ���·�����󡣵�������MOSFET�����IJ����ݽ������յ�CMOS����Ҳ�Ѿ����Է��Ϻܶ�ģ���·�Ĺ�������ټ���MOSFET��Ϊ�ṹ�Ĺ�ϵ��û��BJT��һЩ����ȱ�㣬�����ƻ���thermal runaway�������⣬MOSFET����������ѹ�ص�����������ڼ��ɵ�·������ȡ����ͳ�Ķྦྷ����裨poly resistor��������MOS���ݱ�����������ȡ�����õĶྦྷ��—��Ե��—�ྦྷ����ݣ�PIP capacitor�����������ʵ��ĵ�·�����¿��Ա��ֳ������inductor�������ԣ���Щ�ô�����BJT�����ṩ�ġ�Ҳ����˵��MOSFET���˰���ԭ������ܵĽ�ɫ�⣬Ҳ����������Ϊģ���·�д���ʹ�õ�����Ԫ����passive device�����������ŵ��ò���MOSFETʵ��ģ���·���������������ϵ����󣬻�������Ч��СоƬ����������������ɱ���

���������뵼�����켼���Ľ������������ϸ��๦������һоƬ������Ҳ���������������ʱ��MOSFET���ģ���·������һ���ŵ�Ҳ��֮���֡�Ϊ�˼�����ӡˢ��·�壨Printed Circuit Board,PCB����ʹ�õļ��ɵ�·���������ٷ�װ�ɱ�����Сϵͳ��������ܶ�ԭ�����������оƬ����λоƬ��������ͬһ��оƬ�ڡ�MOSFETԭ������λ���ɵ�·�Ͼ��кܴ�ľ������ƣ�����ȼ��ɵ�·��Ҳ��������MOSFET֮�󣬰������ֲ�ͬ���ܵĵ�·�������������Ѷ�Ҳ�������½�����������ijЩ����źŵ�·��Mixed-signal circuits���������/��λת������Analog-to-Digital Converter,ADC����Ҳ��������MOSFET������Ƴ�Ч�ܸ��õIJ�Ʒ��

��������һ������MOSFET��BJT�����ŵ���Ƴ̼�����BiCMOS��Bipolar-CMOS��ҲԽ��Խ�ܻ�ӭ��BJTԪ�����������������������Ȼ��һ���CMOS���죬�ڿɿ��ȷ���Ҳ��һЩ���ƣ����粻���ױ�“����ŵ�”��ESD���ƻ������Ժܶ�ͬʱ��Ҫ�������Ŵ����Լ�ǿ��������������ļ��ɵ�·��Ʒ��ʹ��BiCMOS������������

�����ߴ�����

������ȥ��ʮ������MOSFET�ijߴ粻�ϵر�С�����ڵļ��ɵ�·MOSFET�Ƴ��ͨ������Լ�ڼ���΢�ף�micrometer���ĵȼ������ǵ��˽��յļ��ɵ�·�Ƴ̣���������Ѿ���С�˼�ʮ����������һ�ٱ���2006�����Intel��ʼ��65���ף�nanometer���ļ�����������һ����΢��������ʵ�ʵ�Ԫ��ͨ�����ȿ��ܱ�������ֻ�СһЩ����90���ĩ��MOSFET�ߴ粻����С���ü��ɵ�·��Ч�ܴ��������������ʷ�ĽǶ���������Щ�����ϵ�ͻ�ƺͰ뵼���Ƴ̵Ľ��������ܲ��ɷֵĹ�ϵ��

����Ϊ��Ҫ��MOSFET�ijߴ���С

�����������¼������ɣ�����ϣ��MOSFET�ijߴ���ԽСԽ�á���һ��ԽС��MOSFET������ͨ�����ȼ��٣���ͨ���ĵ�Ч����Ҳ���٣������ø������ͨ������Ȼͨ������Ҳ���ܸ�����С����ͨ����Ч�����󣬵�������ܽ��͵�λ����Ĵ�С����ô�������Ϳ��Խ������Σ�MOSFET�ijߴ��С��ζ��դ��������٣���˿��Խ��͵�Ч��դ�����ݡ����⣬ԽС��դ��ͨ�����и�����դ�������㣬�������ǰ���ᵽ��ͨ����λ����ֵ���͡����������ĸı�ͬʱ����դ�����ݷ�����ýϴ󣬵��Ǻͼ��ٵ�ͨ��������ȣ���õĺô���Ȼ�����������MOSFET�ڳߴ���С����л��ٶ�Ҳ����Ϊ�����������ؼ��ܶ���졣������������MOSFET�����ԽС������оƬ�ijɱ��Ϳ��Խ��ͣ���ͬ���ķ�װ�����װ�¸����ܶȵ�оƬ��һƬ���ɵ�·�Ƴ�ʹ�õľ�Բ�ߴ��ǹ̶��ģ��������оƬ���ԽС��ͬ����С�ľ�Բ�Ϳ��Բ��������оƬ�����dzɱ��ͱ�ø����ˡ�

������ȻMOSFET�ߴ���С���Դ����ܶ�ô�����ͬʱҲ�кฺܶ��ЧӦ���������

����MOSFET�ijߴ���С����ֵ�����

������MOSFET�ijߴ���С��һ΢�����¶��ڰ뵼���Ƴ̶����Ǹ���ս����������ս������Գߴ�Խ��ԽС��MOSFETԪ����������ȥ�������ֵ�����ЧӦ��

���������޴���

��������MOSFETդ��������ĺ��Ҳ���ϼ��٣�����դ����ѹ������Ҳ��֮���٣��������ĵ�ѹ���դ�������������breakdown����Ϊ��ά��ͬ�������ܣ�MOSFET���ٽ��ѹҲ���뽵�ͣ�������Ҳ�����MOSFETԽ��Խ������ȫ�رա�Ҳ����˵���������MOSFETͨ������������ת��դ����ѹ��ȴ�ǰ���ͣ�������ν�Ĵ����޵�����subthreshold current����ɵ������ȹ�ȥ�����أ��ر��ǽ��յļ��ɵ�·оƬ�����еľ����������������ijЩVLSI��оƬ�������޴�����ɵĹ������ľ�Ȼռ���ܹ������ĵ�һ�����ϡ�

��������������˵��Ҳ��Щ��·��ƻ���ΪMOSFET�Ĵ����޴����õ��ô���������Ҫ�ϸߵ�ת��/����ת���ȣ�transconductance-to-current ratio���ĵ�·����ô����޴�����MOSFET�����Ŀ�ĵ����Ҳ��Ϊ������

����оƬ�ڲ����ӵ��ߵļ�������ЧӦ

������ͳ�ϣ�CMOS�߼��ŵ��л��ٶ�����Ԫ����դ�������йء����ǵ�դ����������MOSFET�ߴ��С�����٣�ͬ����С��оƬ�Ͽ����ɸ��ྦྷ���ʱ��������Щ����ܵĽ������߼�����ļ�������ЧӦ�Ϳ�ʼ�����߼��ŵ��л��ٶȡ���μ�����Щ�������ݣ�����оƬЧ���ܷ�����ͻ�ƵĹؼ�֮һ��

����оƬ����������

������оƬ�ϵľ��������������Ӻ���һ���޷����������Ҳ���������ˣ��Ǿ���оƬ�ķ�����Ҳ������ӡ�һ��ļ��ɵ�·Ԫ���ڸ����²������ܻᵼ���л��ٶ��ܵ�Ӱ�죬���ǵ��¿ɿ��������������⡣��һЩ�������dz��ߵļ��ɵ�·оƬ��΢����������Ҫʹ����ӵ�ɢ��ϵͳ������������⡣

�����ڹ��ʾ���ܣ�Power MOSFET���������ͨ�����賣������Ϊ�¶����߶��������ӣ�����Ҳʹ����Ԫ����pn-���棨pn-junction�����µĹ���������ӡ��������õ�ɢ��ϵͳ�޷��ù��ʾ���ܵ��¶ȱ����ڹ��͵�ˮƽ�����п�������Щ���ʾ�����⵽���ƻ���thermal runaway�������ˡ�

����դ��������©��������

����դ������������MOSFET�ߴ��С��Խ��Խ���������İ뵼���Ƴ��У������Ѿ�������Ƚ���1.2���׵�դ�������㣬��Լ����5��ԭ�ӵ���һ��ĺ�ȶ��ѡ������ֳ߶��£����е�����������������ѧ���淶�������ڣ�������ӵĴ���ЧӦ��tunneling effect������Ϊ����ЧӦ����Щ�����л���Խ�����������γɵ�λ���ϱڣ�potential barrier��������©��������Ҳ�ǽ��ռ��ɵ�·оƬ���ĵ���Դ֮һ��

����Ϊ�˽��������⣬��һЩ��糣���ȶ���������ߵ����ʱ�����դ���������С���������Hafnium����ﯣ�Zirconium���Ľ������������������������ﯣ��ȸ߽�糣�������ʾ�����Ч����դ��©������դ��������Ľ�糣�����Ӻ�դ���ĺ�ȱ������Ӷ�ά��һ���ĵ��ݴ�С�����Ϻ��դ���������ֿ��Խ��͵���͸������ЧӦ����������Ļ��ʣ���������©���������������²���������դ��������Ҳ���뿼����λ���ϱڵĸ߶ȣ���Ϊ��Щ�²��ϵĴ�������conduction band���ͼ۴���valence band���Ͱ뵼��Ĵ�������۴��IJ��ȶ�������С����������Ĵ������͹�֮��ĸ߶Ȳ�ԼΪ8ev����������Ȼ�п��ܵ���դ��©�������֡�

�����Ƴ̱�������ƿ�

�����ִ��İ뵼���Ƴ̹����Ӷ����࣬�κ�һ���Ƴ̶��п�����ɼ��ɵ�·оƬ�ϵ�Ԫ������Щ΢���졣��MOSFET��Ԫ��Խ��ԽС����Щ������ռ�ı����Ϳ��ܴ������������Ӱ���·�������Ԥ�ڵ�Ч�ܣ������ı����õ�·����ߵĹ�����ø�Ϊ���ѡ�

����MOSFET��դ������

����������MOSFET��դ��Ӧ�þ�����ѡ��������õĵ��壬�ྦྷ���ھ����أ�����zhong������֮��ĵ����Կ�������MOSFET��դ���ϣ����Dz���������ѡ��MOSFETʹ�öྦྷ����Ϊ���������£�

������ MOSFET���ٽ��ѹ��threshold voltage����Ҫ��դ����ͨ�����ϵĹ�������work function��֮��IJ���������������Ϊ�ྦྷ�豾�����ǰ뵼�壬���Կ��Խ��ɲ��Ӳ�ͬ���Ե��������ı��书����������Ҫ���ǣ���Ϊ�ྦྷ��͵�����Ϊͨ���Ĺ�֮����϶��bandgap����ͬ������ڽ���PMOS����NMOS���ٽ��ѹʱ���Խ���ֱ�ӵ����ྦྷ��Ĺ�������������󡣷�����˵���������ϵĹ�����������뵼����ô���ڸı䣬���һ��Ҫ����MOSFET���ٽ��ѹ�ͱ�ñȽ����ѡ����������Ҫͬʱ����PMOS��NMOS���ٽ��ѹ������Ҫ���ֲ�ͬ�Ľ����ֱ�����դ�����ϣ������Ƴ�����һ���ܴ�ı�����

������ ��—����������澭��������о����Ѿ�֤ʵ�����ֲ���֮���ȱ�ݣ�defect������Զ��ԱȽ��ٵġ���֮������—��Ե������ȱ�ݶ࣬����������֮���γɺܶ�����ܽף���ΪӰ��Ԫ�������ԡ�

������ �ྦྷ����ڵ�ȴ�����Ľ����ߣ������ִ��İ뵼���Ƴ���ϰ���ڸ����³���դ������������Ԫ��Ч�ܡ��������ڵ�ͣ�����Ӱ���Ƴ�����ʹ�õ��¶����ޡ�

���������ྦྷ����Ȼ�ڹ�ȥ��ʮ��������MOSFETդ���ı�׼����Ҳ������ȱ��ʹ��δ����Ȼ�в���MOSFET����ʹ�ý���դ������Щȱ�����£�

������ �ྦྷ�赼���Բ���������������źŴ��ݵ��ٶȡ���Ȼ�������ò��ӵķ�ʽ�����䵼���ԣ�����Ч��Ȼ���ޡ���Щ�ڵ�ȽϸߵĽ��������磺�٣�Tungsten�����ѣ�Titanium�����ܣ�Cobalt����������Nickel���������Ͷྦྷ���ƳɺϽ������ϲ���ͨ����Ϊ�����軯�silicide���������˽����軯��Ķྦྷ��դ�������ȽϺõĵ������ԣ��������ܹ����ܸ����Ƴ̡�������Ϊ�����軯���λ������դ�����棬��ͨ������Զ������Ҳ�����MOSFET���ٽ��ѹ���̫��Ӱ�졣

������դ����Դ����©�������Ͻ����軯����Ƴ̳�Ϊ“���Ҷ�׼�����軯���Ƴ�”��Self-Aligned Silicide����ͨ�����salicide�Ƴ̡�

������ ��MOSFET�ijߴ����ķdz�С��դ��������Ҳ��÷dz���ʱ������༭����ʱ�����Ƴ̿��԰�����������һ�������ҵĺ�ȣ�һ�ֹ�ȥû�з��ֵ�����Ҳ��֮���������������Ϊ“�ྦྷ��ľ�”����MOSFET�ķ�ת���γ�ʱ���жྦྷ��ľ������MOSFETդ���ྦྷ�迿�������㴦�������һ���ľ��㣨depletion layer����Ӱ��MOSFET��ͨ�����ԡ�Ҫ����������⣬����դ������õķ��������еIJ��ϰ����㣨Tantalum�����١������㣨Tantalum Nitride�������ǵ����ѣ�Titalium Nitride������Щ����դ��ͨ���͸߽�糣�������γɵ�������һ�𹹳�MOS���ݡ�����һ�ֽ�������ǽ��ྦྷ����ȫ�ĺϽ𻯣���ΪFUSI��FUlly-SIlicide polysilicon gate���Ƴ̡�

�������ֳ�����MOSFET����

����˫դ��MOSFET

����˫դ����dual-gate��MOSFETͨ��������Ƶ��Radio Frequency,RF�����ɵ�·�У�����MOSFET������դ�������Կ��Ƶ�����С������Ƶ��·��Ӧ���ϣ�˫դ��MOSFET�ĵڶ���դ����������������桢��Ƶ������Ƶ��ת���Ŀ��ơ�

�����ľ���MOSFET

����һ����ԣ��ľ��ͣ�depletion mode��MOSFET��ǰ������ǿ�ͣ�enhancement mode��MOSFET�ټ����ľ���MOSFET����������иı���ӵ�ͨ��������Ũ�ȣ�ʹ������MOSFET��դ������û�мӵ�ѹ��ͨ����Ȼ���ڡ������Ҫ�ر�ͨ�����������դ��ʩ�Ӹ���ѹ���ľ���MOSFET����Ӧ������“������”��normally-off���Ŀ��أ�����Եģ���ǿʽMOSFET������“������”��normally-on���Ŀ����ϡ�

����NMOS�߼�

����ͬ������������NMOSͨ����PMOS��ռ�õ����С��������ֻ���߼��ŵ������ʹ��NMOS�Ļ�Ҳ����СоƬ���������NMOS�߼���Ȼռ�����С��ȴ�޷���CMOS�߼�һ�����������ľ�̬���ʣ������1980������ں��Ѿ������˳��г���

��������MOSFET

�������ʾ���ܵ�Ԫ�Ľ���ͼ��ͨ��һ�����۵Ĺ��ʾ���ܶ���������ǧ�������ĵ�Ԫ������Ŀ�����ʾ����

��������MOSFET��ǰ����MOSFETԪ���ڽṹ�Ͼ����������IJ��졣һ�㼯�ɵ�·���MOSFET����ƽ��ʽ��planar���Ľṹ��������ڵĸ��˵㶼��оƬ����ֻ�м���΢�׵ľ��롣�����еĹ���Ԫ�����Ǵ�ֱʽ��vertical���Ľṹ����Ԫ������ͬʱ���ܸߵ�ѹ��ߵ����Ĺ���������һ������MOSFET�����ܵĵ�ѹ�����ʲ���Ũ����N���ھ��㣨epitaxial layer����ȵĺ���������ͨ���ĵ������Ԫ����ͨ�������йأ�ͨ��Խ����������Խ�����������һ��ƽ��ṹ��MOSFET���ԣ��ܳ��ܵĵ����Լ�������ѹ�Ķ�Ѷ�����ͨ���ij�����С�йء��Դ�ֱ�ṹ��MOSFET��˵��Ԫ����������������ɵĵ����ɴ�Լ�����ȣ��ھ���������������ѹ�����ȡ�

��������MOSFET�Ĺ���ԭ��

������ֹ��©Դ���������Դ��դԴ�����ѹΪ�㡣P������NƯ����֮���γɵ�PN��J1��ƫ��©Դ��֮���޵���������

�������磺��դԴ���������ѹUGS��դ���Ǿ�Ե�ģ����Բ�����դ��������������դ��������ѹ�Ὣ������P���еĿ�Ѩ�ƿ�������P���е�����—����������դ�������P������

������UGS����UT��������ѹ����ֵ��ѹ��ʱ��դ����P������ĵ���Ũ�Ƚ�������ѨŨ�ȣ�ʹP�Ͱ뵼�巴�ͳ�N�Ͷ���Ϊ���Ͳ㣬�÷��Ͳ��γ�N������ʹPN��J1��ʧ��©����Դ�����硣

����ֵ��һ����Dz���ƽ��ʽ�ṹ�Ĺ���MOSFETҲ���Dz����ڣ�����Ԫ����Ҫ���ڸ߼�������Ŵ����С�ƽ��ʽ�Ĺ���MOSFET�ڱ����������Աȴ�ֱ�ṹ��MOSFET���á���ֱʽ����MOSFET��ȡ�䵼ͨ���裨turn-on resistance���dz�С���ŵ㣬��������������л�֮�á�

����DMOS

����DMOS��˫����ɢMOSFET��double-Diffused MOSFET������д������Ҫ���ڸ�ѹ�����ڸ�ѹMOS�ܷ��롣

������MOSFETʵ��ģ�⿪��

����MOSFET�ڵ�ͨʱ��ͨ������ͣ�����ֹʱ�ĵ���������޴������ʺ���Ϊģ���źŵĿ��أ��źŵ�����������Ϊ���صĵ������ʧ̫�ࣩ��MOSFET��Ϊ����ʱ����Դ����©���ķֱ��������Ӧ���Dz�̫��ͬ�ģ���Ϊ�źſ��Դ�MOSFETդ���������һ�˽�������NMOS���ض��ԣ���ѹ���һ�˾���Դ����PMOS�������෴����ѹ������һ����Դ����MOSFET�����ܴ�����źŻ��ܵ���դ��—Դ����դ��—©�����Լ�©����Դ���ĵ�ѹ���ƣ���������˵�ѹ�����޿��ܻᵼ��MOSFET�ջ١�

����MOSFET���ص�Ӧ�÷�Χ�ܹ㣬�ٷ���Ҫ�õ�ȡ�����е�·��sample-and-hold circuits�����ǽز���·��chopper circuits������ƣ����������λת������A/D converter�������л������˲�����switch-capacitor filter���϶����Լ���MOSFET���ص���Ӱ��

������һMOSFET����

������NMOS����������ʱ��������ӵأ�դ��Ϊ���ƿ��صĶ˵㡣��դ����ѹ��ȥԴ����ѹ�����䵼ͨ���ٽ��ѹʱ���˿��ص�״̬Ϊ��ͨ��դ����ѹ�������ߣ���NMOS��ͨ���ĵ����͸���NMOS������ʱ����������������ΪԴ����©���ĵ�ѹ�ڿ���Ϊ��ͨʱ������һ�¡�

����PMOS������ʱ�������������·���λ��ߵĵط���ͨ���ǵ�Դ��դ���ĵ�ѹ��Դ���͡��������ٽ��ѹʱ��PMOS���ػ�򿪡�

����NMOS����������ͨ���ĵ�ѹ����Ϊ��Vgate-Vthn������PMOS������Ϊ��Vgate+Vthp�������ֵͨ�������ź�ԭ���ĵ�ѹ�����Ҳ����˵��һMOSFET���ػ������ź������С���ź�ʧ���ȱ�㡣

����˫��MOSFET��CMOS������

����Ϊ�˸���ǰ����һMOSFET��������ź�ʧ���ȱ�㣬����ʹ��һ��PMOS����һ��NMOS��CMOS���س�ΪĿǰ���ձ��������CMOS���ؽ�PMOS��NMOS��Դ����©���ֱ�������һ�𣬶������Ľӷ����NMOS��PMOS�Ĵ�ͳ�ӷ���ͬ���������ѹ�ڣ�VDD-Vthn���ͣ�VSS+Vthp��ʱ��PMOS��NMOS����ͨ��������С�ڣ�VSS+Vthp��ʱ��ֻ��NMOS��ͨ��������ڣ�VDD-Vthn��ʱֻ��PMOS��ͨ���������ĺô����ڴ󲿷ֵ������ѹ�£�PMOS��NMOS��ͬʱ��ͨ�������һ�ߵĵ�ͨ��������������һ�ߵĵ�ͨ����ͻ��½������Կ��صĵ��輸�����Ա��ֶ�ֵ�������ź�ʧ�档

����6�Ա�

����Power MOSFETȫ�ƹ��ʳ�ЧӦ����ܡ������������ֱ���Դ����S����©����D����դ����G������Ҫ�ŵ㣺���ȶ��Ժá���ȫ��������ȱ�㣺������ѹ�ͣ���������С��IGBTȫ�ƾ�Եդ˫������ܣ���MOSFET��GTR�����ʾ��ܣ����ϵIJ�������������ֱ��Ǽ��缫(C�������伫��E����դ��(G�����ص㣺������ѹ�ɴ�1200V�����缫��󱥺͵����ѳ���1500A����IGBT��Ϊ��������ı�Ƶ����������250kVA���ϣ�����Ƶ�ʿɴ�20kHz��

  • ��������
  • ���Ŵ���

���������� 44030502002758��