MOSFET的結(jié)構(gòu)和重點(diǎn)參數(shù)介紹及應(yīng)用前景如何？

最近，國(guó)內(nèi)對(duì)MOSFET的需求大漲，導(dǎo)致業(yè)內(nèi)缺貨，很多廠商有錢(qián)買(mǎi)不到貨，這是MOSFET廠商最愿意看到的。MOSFET需求增長(zhǎng)源于物聯(lián)網(wǎng)、3C產(chǎn)品、云端運(yùn)算及服務(wù)器等的快速發(fā)展。

MOSFET也叫金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，簡(jiǎn)稱金氧半場(chǎng)效晶體管，是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場(chǎng)效晶體管。MOSFET依照其“通道”的極性不同，可分為“N型”與“P型” 的兩種類型，通常又稱為NMOSFET與PMOSFET，簡(jiǎn)稱包括NMOS、PMOS等。本文帶大家熟悉一下MOSFET的結(jié)構(gòu)和前景。

MOSFET的結(jié)構(gòu)

上圖是典型平面N溝道增強(qiáng)型NMOSFET的剖面圖。它用一塊P型硅半導(dǎo)體材料作襯底，在其面上擴(kuò)散了兩個(gè)N型區(qū)，再在上面覆蓋一層二氧化硅(SiO2）絕緣層，最后在N區(qū)上方用腐蝕的方法做成兩個(gè)孔，用金屬化的方法分別在絕緣層上及兩個(gè)孔內(nèi)做成三個(gè)電極：G(柵極）、S（源極）及D（漏極）。

從圖中可以看出柵極G與漏極D及源極S是絕緣的，D與S之間有兩個(gè)PN結(jié)。一般情況下，襯底與源極在內(nèi)部連接在一起，這樣，相當(dāng)于D與S之間有一個(gè)PN結(jié)。

圖1是常見(jiàn)的N溝道增強(qiáng)型MOSFET的基本結(jié)構(gòu)圖。為了改善某些參數(shù)的特性，如提高工作電流、提高工作電壓、降低導(dǎo)通電阻、提高開(kāi)關(guān)特性等有不同的結(jié)構(gòu)及工藝，構(gòu)成所謂VMOS、DMOS、TMOS等結(jié)構(gòu)。

MOSFET重點(diǎn)參數(shù)

MOSFET的參數(shù)很多，包括直流參數(shù)、交流參數(shù)和極限參數(shù)，但一般使用時(shí)關(guān)注以下主要參數(shù)：

1、IDSS—飽和漏源電流。是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中，柵極電壓UGS=0時(shí)的漏源電流。

2、UP—夾斷電壓。是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中，使漏源間剛截止時(shí)的柵極電壓。

3、UT—開(kāi)啟電壓。是指增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效管中，使漏源間剛導(dǎo)通時(shí)的柵極電壓。

4、gM—跨導(dǎo)。是表示柵源電壓UGS—對(duì)漏極電流ID的控制能力，即漏極電流ID變化量與柵源電壓UGS變化量的比值。gM是衡量場(chǎng)效應(yīng)管放大能力的重要參數(shù)。

5、BUDS—漏源擊穿電壓。是指柵源電壓UGS一定時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管正常工作所能承受的最大漏源電壓。這是一項(xiàng)極限參數(shù)，加在場(chǎng)效應(yīng)管上的工作電壓必須小于BUDS。

6、PDSM—最大耗散功率。也是一項(xiàng)極限參數(shù)，是指場(chǎng)效應(yīng)管性能不變壞時(shí)所允許的最大漏源耗散功率。使用時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)際功耗應(yīng)小于PDSM并留有一定余量。

7、IDSM—最大漏源電流。是一項(xiàng)極限參數(shù)，是指場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)，漏源間所允許通過(guò)的最大電流。場(chǎng)效應(yīng)管的工作電流不應(yīng)超過(guò)IDSM 。

MOSFET的市場(chǎng)前景

微處理器運(yùn)算效能不斷提升，帶給深入研發(fā)新一代MOSFET更多的動(dòng)力，這也使得MOSFET本身的操作速度越來(lái)越快，幾乎成為各種半導(dǎo)體主動(dòng)元件中最快的一種。MOSFET在數(shù)字信號(hào)處理上最主要的成功來(lái)自CMOS邏輯電路的發(fā)明，這種結(jié)構(gòu)最大的好處是理論上不會(huì)有靜態(tài)的功率損耗，只有在邏輯門(mén)的切換動(dòng)作時(shí)才有電流通過(guò)。CMOS邏輯門(mén)最基本的成員是CMOS反相器，而所有CMOS邏輯門(mén)的基本操作都如同反相器一樣，在邏輯轉(zhuǎn)換的瞬間同一時(shí)間內(nèi)必定只有一種晶體管處在導(dǎo)通的狀態(tài)下，另一種必定是截止?fàn)顟B(tài)，這使得從電源端到接地端不會(huì)有直接導(dǎo)通的路徑，大量節(jié)省了電流或功率的消耗，也降低了集成電路的發(fā)熱量。

MOSFET在數(shù)字電路上應(yīng)用的另外一大優(yōu)勢(shì)是對(duì)直流信號(hào)而言，MOSFET的柵極端阻抗為無(wú)限大，也就是理論上不會(huì)有電流從MOSFET的柵極端流向電路里的接地點(diǎn)，而是完全由電壓控制柵極的形式。這讓MOSFET和他們最主要的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手BJT相較之下更為省電，而且也更易于驅(qū)動(dòng)。

在CMOS邏輯電路里，除了負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)芯片外負(fù)載的驅(qū)動(dòng)器外，每一級(jí)的邏輯門(mén)都只要面對(duì)同樣是MOSFET的柵極，如此一來(lái)較不需考慮邏輯門(mén)本身的驅(qū)動(dòng)力。相較之下，BJT的邏輯電路就沒(méi)有這些優(yōu)勢(shì)。MOSFET的柵極輸入電阻無(wú)限大對(duì)于電路設(shè)計(jì)工程師而言亦有其他優(yōu)點(diǎn)，例如較不需考慮邏輯門(mén)輸出端的負(fù)載效應(yīng)。