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高压N管MOSFET开关管

来源: 发布时间:2022年05月13日

MOSFET里的氧化层位于其通道上方,依照其操作电压的不同,这层氧化物的厚度 有数十至数百埃(Å)不等,通常材料是二氧化硅(silicon dioxide,SiO2),不过有些新的进阶制程已经可以使用如氮氧化硅(silicon oxynitride,SiON)做为氧化层之用。 半导体元件的材料通常以硅(silicon)为 ,但是也有些半导体公司发展出使用其他半导体材料的制程,当中 的例如IBM使用硅与锗(germanium)的混合物所发展的硅锗制程(silicon-germanium process,SiGe process)。而可惜的是很多拥有良好电性的半导体材料,如砷化镓(gallium arsenide,GaAs),因为无法在表面长出品质够好的氧化层,所以无法用来制造MOSFET元件。MOSFET尺寸不断缩小,可以让集成电路的效能大幅提升。高压N管MOSFET开关管

单一MOSFET开关当NMOS用来做开关时,其基极接地,栅极为控制开关的端点。当栅极电压减去源极电压超过其导通的临界电压时,此开关的状态为导通。栅极电压继续升高,则NMOS能通过的电流就更大。NMOS做开关时操作在线性区,因为源极与漏极的电压在开关为导通时会趋向一致。PMOS做开关时,其基极接至电路里电位 的地方,通常是电源。栅极的电压比源极低、超过其临界电压时,PMOS开关会打开。NMOS开关能容许通过的电压上限为(Vgate-Vthn),而PMOS开关则为(Vgate+Vthp),这个值通常不是信号原本的电压振幅,也就是说单一MOSFET开关会有让信号振幅变小、信号失真的缺点。高压N管MOSFET开关管MOSFET的尺寸变小意味著栅极面积减少,如此可以降低等效的栅极电容。

不过反过来说,也有些电路设计会因为MOSFET的次临限传导得到好处,例如需要较高的转导/电流转换比(transconductance-to-current ratio)的电路里,利用次临限传导的MOSFET来达成目的的设计也颇为常见。芯片内部连接导线的寄生电容效应传统上,CMOS逻辑门的切换速度与其元件的栅极电容有关。但是当栅极电容随著MOSFET尺寸变小而减少,同样大小的芯片上可容纳更多晶体管时,连接这些晶体管的金属导线间产生的寄生电容效应就开始主宰逻辑门的切换速度。如何减少这些寄生电容,成了芯片效率能否向上突破的关键之一。芯片发热量增加当芯片上的晶体管数量大幅增加后,有一个无法避免的问题也跟著发生了,那就是芯片的发热量也大幅增加。一般的集成电路元件在高温下操作可能会导致切换速度受到影响,或是导致可靠度与寿命的问题。在一些发热量非常高的集成电路芯片如微处理器,需要使用外加的散热系统来缓和这个问题。

MOSFET在1960年由贝尔实验室(Bell Lab.)的D. Kahng和 Martin Atalla 实作成功,这种元件的操作原理和1947年萧克莱(William Shockley)等人发明的双载流子结型晶体管(Bipolar Junction Transistor,BJT)截然不同,且因为制造成本低廉与使用面积较小、高整合度的优势,在大型集成电路(Large-Scale Integrated Circuits,LSI)或是超大型集成电路(Very Large-Scale Integrated Circuits,VLSI)的领域里,重要性远超过BJT。由于MOSFET元件的性能逐渐提升,除了传统上应用于诸如微处理器、微控制器等数位信号处理的场合上,也有越来越多模拟信号处理的集成电路可以用MOSFET来实现,以下分别介绍这些应用。MOSFET电压和电流的选择,额定电压越大,器件的成本就越高。

MOSFET计算系统的散热要求,设计人员必须考虑两种不同的情况,即较坏情况和真实情况。建议采用针对较坏情况的计算结果,因为这 个结果提供更大的安全余量,能确保系统不会失效。在MOSFET的资料表上还有一些需要注意的测量数据;比如封装器件的半导体结与环境之间的热阻,以及较 大的结温。开关损耗其实也是一个很重要的指标。导通瞬间的电压电流乘积相当大,一定程度上决定了器件的开关性能。不过,如果系统对开关性能要求比较高,可以选择栅极电荷QG比较小的功率MOSFET。MOSFET电路符号中,从通道往右延伸的箭号方向则可表示此元件为N型或是P型的MOSFET。高压N管MOSFET开关管

Eoss,输出容能量,表示输出电容Coss在MOSFET存储的能量大小。高压N管MOSFET开关管

内建横向电场MOSFET的主要特性:(1)导通电阻的降低:INFINEON的内建横向电场的MOSFET,耐压600V和800V,与常规MOSFET器件相比,相同的管芯面积,导通电阻分别下 降到常规MOSFET的1/5, 1/10;相同的额定电流,导通电阻分别下降到1/2和约1/3。在额定结温、额定电流条件下,导通电压分别从12.6V,19.1V下降到 6.07V,7.5V;导通损耗下降到常规MOSFET的1/2和1/3。由于导通损耗的降低,发热减少,器件相对较凉,故称COOLMOS。(2)封装的减小和热阻的降低,相同额定电流的COOLMOS的管芯较常规MOSFET减小到1/3和1/4,使封装减小两个管壳规格。由于COOLMOS管芯厚度单为常规MOSFET的1/3,使TO-220封装RTHJC从常规1℃/W降到0.6℃/W;额定功率从125W上升到208W,使管芯散热能力提高。高压N管MOSFET开关管

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