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晶體管MOSFET的工作原理和用途

時(shí)間:2020-12-24  來(lái)源:  作者: 我要糾錯(cuò)


晶體管MOSFET有三個(gè)極,分別是源極(S)、柵極(G)和漏極(D)。它們能有效控制源極和漏極觸點(diǎn)之間的電流流動(dòng),通過(guò)柵極加電壓。可通過(guò)改變電壓使電通道出現(xiàn)或消失;相應(yīng)地,也能使電氣元件接通或關(guān)閉。使用半導(dǎo)體可使不同類的雜質(zhì)隔離。這意味著攜帶不同信號(hào)的電荷可有效隔絕,形成障壁,阻止電荷的區(qū)域間流動(dòng)。

晶體管MOSFET
電流從柵極到源極的傳遞將導(dǎo)致電流從漏極流向源極。當(dāng)沒(méi)有電流通過(guò)或通過(guò)電流較小時(shí),漏極-源極電阻勢(shì)必會(huì)很大。但應(yīng)當(dāng)明確,微控制器工作電壓為5v或3.3v時(shí),與微控制器配套的MOSFET可能需要10-15的柵極和源極電勢(shì)差,以使漏極和源極之間電阻達(dá)到最低水平。

晶體管MOSFET柵極和源極之間的電容可防止不同狀態(tài)間的迅速切換。內(nèi)部電容上電壓的快速變化需要大電流。它必須在變化(源極)和放電(槽)之間進(jìn)行自動(dòng)切換。柵極所加電壓的改變會(huì)導(dǎo)致漏極和源極間電阻的同時(shí)改變。電壓的高低將與電阻的大小直接相關(guān)。功率MOSFET針對(duì)大功率級(jí)應(yīng)用設(shè)計(jì)。

MOSFET晶體管的不同類型
PMOS邏輯
如前所述,MOSFET的集成實(shí)現(xiàn)了相較于BJT的高電路效率。P通道MOSFET能夠與PMOS邏輯一同實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路和邏輯門。

NMOS邏輯
除了N通道MOSFET應(yīng)用于邏輯門和相關(guān)數(shù)字電路之外,NMOS邏輯和PMOS邏輯類似。一般情況下,N通道MOSFET可能比P通道MOSFET更小型,從而在某些情況下更具吸引力。但NMOS邏輯有持續(xù)功耗,而PMOS邏輯沒(méi)有。

CMOS邏輯
互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)邏輯是一種集成電路生產(chǎn)技術(shù)。此類電路廣泛應(yīng)用于各種電氣組件,并能發(fā)電。P通道和N通道MOSFET均與互聯(lián)的柵極和漏極聯(lián)用,從而降低功耗,減少余熱產(chǎn)生。

耗盡型MOSFET器件
耗盡型MOSFET器件在MOSFET器件中較不常見(jiàn)。耗盡型MOSFET器件通道電阻小,一般認(rèn)為通道"開(kāi)啟"。當(dāng)設(shè)定為無(wú)功耗狀態(tài)時(shí),這些開(kāi)關(guān)將根據(jù)自身設(shè)計(jì)工作。通道電阻呈線性關(guān)系,在信號(hào)幅度范圍內(nèi)失真低。

MISFETs
所有MOSFET均屬于MISFET(金屬絕緣層半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管),但并非所有的MISFET均屬于MOSFET。這類組件內(nèi)的門邏輯絕緣層為MOSFET中所用的二氧化硅,但也可能使用其他材料。門邏輯位于柵極下方,MISFET通道上方。

浮柵MOSFET(FGMOS)
浮柵MOSFET有一個(gè)額外的電絕緣浮柵。它能在直流電中生成一個(gè)浮動(dòng)節(jié)點(diǎn),同時(shí)在浮柵上方生成一系列輔助柵輸入。在其眾多用途中,F(xiàn)GMOS通常用作浮柵存儲(chǔ)單元。

功率MOSFET
功率MOSFET為垂直結(jié)構(gòu),而非平面結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)使功率MOSFET能同時(shí)保持高阻塞電壓和高電流。該晶體管的額定電壓與N溝道外延層的摻雜和厚度直接相關(guān),額定電流由通道寬度決定。組件區(qū)域和這類器件維持的電流大小間也有直接的聯(lián)系。功率MOSFET具有低柵驅(qū)動(dòng)功能、迅速的切換速度和先進(jìn)的并聯(lián)功能。

DMOS
功率MOSFET是雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體,有橫向和縱向兩種。大多數(shù)功率MOSFET利用該技術(shù)構(gòu)造。

MOS電容器
這類電容器結(jié)構(gòu)同MOSFET,且MOS電容器兩側(cè)有雙P-N端。MOS電容器通常用作內(nèi)存芯片存儲(chǔ)電容器并為圖像傳感器技術(shù)中的電荷耦合元件(CCD)提供支持。

TFT
薄膜晶體管(TFT)是一種特殊的MOSFET。其中的不同之處在于薄膜晶體管(TFT)涉及半導(dǎo)體薄膜,以及邏輯層和金屬觸點(diǎn)在支撐基板上的沉積。使用的半導(dǎo)體材料各式各樣,其中硅最常用。它可以做到高透明度,用于生產(chǎn)視頻顯示面板。

雙極MOS晶體管
BiCMOS是一種集BJT和CMOS晶體管于一個(gè)單芯片上的集成電路。絕緣柵雙極晶體管(IGBT)功能類似于MOSFET和雙極結(jié)型晶體管(BJT)。

MOS傳感器
當(dāng)前已成功研發(fā)出一系列MOS傳感器,可精確測(cè)量物理、化學(xué)、生物和環(huán)境變量。開(kāi)柵FET(OGFET)、離子敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管(ISFET)、氣體傳感器FET、電荷流動(dòng)晶體管(CFT)及酶場(chǎng)效應(yīng)晶體管等都屬于MOS傳感器。電荷耦合元件(CCD)和有源像素傳感器(CMOS傳感器)等常用于數(shù)字成像。

多柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管
雙柵MOSFET有四極管配置,電流大小由兩個(gè)柵極控制。雙柵MOSFET常用于射頻應(yīng)用中的小信號(hào)器件,降低與密勒效應(yīng)相關(guān)的增益耗損。這一點(diǎn)當(dāng)共源共柵配置中的單獨(dú)晶體管更換時(shí)可實(shí)現(xiàn)。

RHBD
這種環(huán)形柵晶體管常用于制作抗輻射加固設(shè)計(jì)(RHBD)器件。MOSFET的柵極通常圍繞著漏極。漏極靠近ELT的中心。如此,MOSFET的源極圍繞柵極。H柵極是另一種類型的MOSFET,確保了最低的輻射泄露。

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