MOSFET prepínání

[dtparekh]

Ahoj priatelia,

Môže mi niekto pomôcť získať teórie MOSFET Charachteristics & Princíp fungovania na sieti.

ešte jedna pochybnosť, čo je ťažké & soft do spínacie MOSFET.To myslím, že sa používa pre SMPS.uveďte nejaké riešenie s detailmi.

Thanks in advance

S pozdravom

 

[hamdard]

môžete vidieť v knihe Nedmohan "Power Electronics."
Je dobre explined tu.Pridané po 8 minútachokiaľ ide o pevný a mäkké spínanie:
Ak je zariadenie (alebo MOSFET BJT) je prepínanie z jedného štátu do iného, ak neexistuje žiadny prúd tečúcej cez to, potom sa nazýva mäkké spínanie.
A prístroj je zapnutý počas aktuálny prietok, to je tvrdý-spínanie.

 

[Bauer]

kov-oxid-polovodičovými poľa-tranzistor účinku (MOSFET, MOS-FET, alebo MOS FET) je zďaleka najčastejšie poľa-tranzistor účinku v digitálne aj analógové obvody.V MOSFET sa skladá z kanála n-typ alebo p-typ polovodičového materiálu (pozri článok o polovodičových súčiastok), a je preto nazýva NMOSFET alebo PMOSFET (tiež bežne nMOSFET, pMOSFET, NMOS FET, PMOS FET, nMOS FET, pMOS FET).

V 'kov' v názve je přežitek z raných čipy, v ktorej boli kovové brány, moderné čipy použiť polysilicon brány.IGFET je spojenie, všeobecnejší pojem zmysle izolované-gate pole-tranzistor účinku, a je takmer synonymom "MOSFET",
aj keď to môže odkazovať na FETs s bránou izolátor, ktorý nie je oxid.Niektorí radšej používať "IGFET", keď s odkazom na zariadenia s polysilicon branky, ale väčšina stále volať MOSFETs.

Obvykle polovodičového voľby je kremík, ale niektorí výrobcovia čipov, najmä IBM, začali používať zmesi kremíka a germánia (SiGe) v MOSFET kanálov.Bohužiaľ, mnoho polovodičov s lepšou elektrické vlastnosti ako kremík, ako Galium arzenid, netvorí dobrý brány dusíka, a preto nie sú vhodné pre MOSFETs.

Bráne terminálu je vrstva polysilicon (polykryštalický kremík, prečo sa používa polysilicon bude vysvetlené nižšie) umiestnené nad kanálom, ale oddelene od kanála a tenké izolačné vrstvy, čo bolo tradične oxid kremičitý, ale viac pokročilé technológie používané silikón oxynitride .Keď napätie je použitá medzi bránou a terminály zdroje, elektrické pole generované preniká cez oxid a vytvára tak-zvané "inverzných kanál" v kanáli pod.V inverzii kanálov je rovnaký typ P-typ alebo N-typu ako zdrojová a odliv, takže poskytuje vedenia, cez ktorý možno prejsť aktuálne.Rôzneho napätia medzi bránou a telo moduluje vodivosť tejto vrstvy a umožňuje ovládanie bežného prietoku medzi dren a zdroje.
Obsah
[skryť]

* 1 obvodov symboly
* 2 MOSFET prevádzku
o 2,1 Metal-Oxid-polovodičové štruktúry
o 2,2 MOSFET štruktúra
o 2,3 Body efekt
o 2.4 Prevádzkové režimy
* 3 prvenstvo MOSFETs
o 3.1 Digital
o 3,2 Analog
* 4 MOSFET škálovací
o 4,1 Dôvody MOSFET škálovací:
o 4,2 problémy vzniknuté v dôsledku MOSFET škálovací
4.2.1 Subthreshold úniku
4.2.2 Interconnect kapacitné
4.2.3 Výroba tepla
4.2.4 Gate úniku oxidu
4.2.5 Spracovať varianty
* 5 MOSFET stavebníctvo
o 5,1 Gate materiál
* 6 Ostatné typy MOSFET
o 6,1 Vyčerpanie režime MOSFETs
o 6,2 NMOS logika
o 6,3 Power MOSFET
o 6,4 DMOS
* 7 MOSFET analog switch
o 7,1 Jednotný typ-MOSFET prepínač:
o 7,2 Dvou-typ (CMOS) MOSFET prepínač:
* 8 Referencie
o 8,1 Power MOSFET
* 9 Externé odkazy

[upraviť]

Obvodové symboly
Zdokonalenie-MOSFET režimu symbolov
Zväčšiť
Zdokonalenie-MOSFET režimu symbolov

A rôzne symboly sú používané pre MOSFET.Základná konštrukcia je všeobecne linky pre kanál so zdrojom a odlivu dochádzky je v pravom uhle a potom späť do ohybu rovnakým smerom ako kanál.Niekedy sa členia položka sa používa pre posilnenie režimu a solidní jeden pre vyčerpaní režime, ale trapnost kreslenie rozdelené riadky znamená tento rozdiel je často ignorovaný.Ďalšie línií je vyčerpaný súbežne s kanálom pre bránu.

Prevažná pripojenie, ak je preukázané, je preukázané, pripojený k zadnej časti kanálu sa šípkou udávajúceho PMOS alebo NMOS.Arrows vždy z bodu P na N, takže jeden NMOS (N-kanál) má šípka ukazujúca
palca Ak hromadne je pripojený k zdroju (ako je všeobecne prípad diskrétní zariadenia) je uhlová splniť až so zdrojom dochádzky na tranzistoru.Ak hromadnej nie je dokázané (ako je tomu často v IC designu ako sú všeobecne časté hromadnej) jeden inverznou symbol sa niekedy používa na označenie PMOS.

Porovnanie príslušenstvo a vyčerpávanie režimu symbolov,
ktoré spolu s JFET symboly:
Image: JFET_symbol_P.png Image: IGFET symbol P enh.png Image: IGFET symbol P dep.png P-kanál
Image: JFET_symbol_N.png Image: IGFET symbol N enh.png Image: IGFET symbol N dep.png N-kanál
JFET MOSFET enh MOSFET dep
[upraviť]

MOSFET prevádzku
[upraviť]

Metal-oxid-polovodičové štruktúry
Metal-oxid-polovodičové štruktúry
Zväčšiť
Metal-oxid-polovodičové štruktúry

A kov-oxid-polovodičov (MOS) štruktúry je dosiahnuť uložením vrstvou oxidu kremičitého (SiO2) a vrstvou kovu (polykryštalický kremík sa skutočne používa, miesto kovu) na vrchole polovodičových zomrieť.Vzhľadom k tomu, že oxid kremičitý je dielektrický materiál, jeho štruktúra je ekvivalentná roviny kondenzátor,
pričom jedna z elektród nahradený polovodičov.

Keď napätie je použitá v celej MOS štruktúry, upraví rozdelenie nákladov v polovodičoch.Ak vezmeme do úvahy P-polovodič typu (s NA hustota jamiek), pozitívne VGB (pozri obrázok)
má tendenciu k zníženiu koncentrácie dier a zvýšenie koncentrácie elektrónov.VGB, ak je dostatočne vysoká, aby sa koncentrácia záporný náboj dopravcovia v blízkosti brány je viac ako pozitívne, čo je známe ako inverziu vrstvy.

Táto štruktúra s P-typ subjektu je základom pre N-typu MOSFET, ktorý vyžaduje pripojenie N-typom zdroje a odlivu regiónoch.
[upraviť]

MOSFET štruktúra
Prierez z NMOS
Zväčšiť
Prierez z NMOS

A kov-oxid-polovodičovými pole-tranzistor účinku (MOSFET), je založená na moduláciu poplatok koncentrácie v dôsledku MOS kapacitné.Obsahuje dve koncovky (zdroj a odlivu) každý pripojený k samostatnej vysoko dopovaného regiónoch.Tieto regióny môžu byť buď P alebo typu N, ale musia byť rovnakého typu.Vysoko dopované oblasti sú zvyčajne označené ako ' ' po typ dopingu (pozri obrázok vpravo).Tieto dve oblasti sú oddelené pomocou dopovaného regióne opačný typ, známy ako telo.Táto oblasť nie je vysoko dopovaného, označený nedostatok a ' ' sign.Aktívneho regióne predstavuje kapacitné MOS s treťou elektródou, brána, ktorá sa nachádza nad telom a izolovaná od všetkých ostatných regiónoch prostredníctvom oxid.

Ak je MOSFET N-Channel alebo nMOS FET, potom zdroj a odliv sú 'N ' regióny a telo a 'P' region.Pri pozitívnom brána-zdroj napätia je použitá, vytvára N-kanál na povrchu P región, tesne pod dusíka.Tento kanál sa rozprestiera od prameňa k úniku a poskytuje vodivosti sa tranzistor.Pri nulovej alebo záporné napätie sa aplikuje medzi bránou a zdroj, kanál zmizne a žiadna súčasná môže toku medzi zdrojom a odliv.

Ak MOSFET je P-Channel alebo pMOS FET, potom zdroj a odliv sú 'P ' regióny a telo je 'N' region.Pri negatívne brána-zdroj napätia (pozitívny zdroj-gate) sa používa, vytvára P-kanál na povrchu N región, tesne pod dusíka.Tento kanál sa rozprestiera od prameňa k úniku a poskytuje vodivosti sa tranzistor.Keď nie, alebo pozitívne napätie je použitá medzi bránou a telom, kanál zmizne a žiadna súčasná môže toku medzi zdrojom a odliv.

Zdrojom je tak pomenované, pretože je zdrojom poplatok nosiče (elektróny u N-kanála, otvory pre P-kanál), ktorý prúdi od kanála, podobne sa dren je-li poplatok dopravcovia opustiť kanál.
[upraviť]

Body efekt

Telo efekt opisuje zmeny prahové napätie, ktoré zmenu v source-hromadnej napätia aproximovať pomocou nasledujúcej rovnice:

V_ (TN) = V_ (S) \
gamma \ vľavo (\ sqrt (V_ () SB 2 \ phi) - \ sqrt (2 \ phi) \ vpravo),

VTO, kde je nulová substrátu skreslenia, γ je telo účinnosťou parametrom, a 2φ je plocha potenciálny parameter.

Telo môže byť prevádzkovaná ako druhej bráne, a je niekedy označovaný ako "zadné brána" na telo účinkom je niekedy označovaný ako "späť-gate efekt".(http://equars.com/ ~ marco/poli/phd/node20.html)
[upraviť]

Prevádzkové režimy
Vývoj na súčasnej drene a MOSFET s výpustným-na-zdroj napätia pre niekoľko VGS - Vth hodnôt.
Zväčšiť
Vývoj na súčasnej drene a MOSFET s výpustným-na-zdroj napätia pre niekoľko VGS - Vth hodnôt.
Prierez a MOSFET pracujúci v lineárnym kraj
Zväčšiť
Prierez a MOSFET pracujúci v lineárnym kraj
Prierez a MOSFET pracujúci v nasýtenia kraj
Zväčšiť
Prierez a MOSFET pracujúci v nasýtenia kraj

Výkonom MOSFET môže byť rozdelené do troch rôznych spôsobov, v závislosti od napätia na termináloch.Pre posilnenie režimu, n-kanálový MOSFET spôsoby sú:

Rezané-vypnúť alebo sub-prahu režim
Keď VGS <Vth kde Vth je prah napätia prístroja.
Podľa prahu modelu, tranzistor je vypnutý, a nie je kondukce medzi dren a zdroje.V skutočnosti sa Boltzmannovo distribúcie energie elektrónov umožňuje niektoré z väčšiu energiu elektrónu na zdroje pre vstup do kanála a toku k úniku,
čo má za následok, že súčasná subthreshold je exponenciálnej funkcie brány-zdroj napätia.Zatiaľ čo súčasný medzi dren a zdroj by mal byť v ideálnom prípade nulové keď tranzistor je používaný ako obrátil-vypínače, existuje slabé inverzie-prúd, niekedy nazývaný subthreshold úniku.

Trioda alebo lineárne kraj
Keď VGS> Vth a VDS <VGS - Vth
Tento tranzistor je zapnutý a je vytvorený kanál, ktorý umožňuje súčasný prúdiť medzi zdrojom a odliv.V MOSFET pôsobí ako rezistory, ovládané brány napätie.Súčasný od dren na zdroj je:

I_D = \ mu_n C_ (ox) \ fraco (W) (L) ((V_ () GS-tého V_ ()) V_ (DS) - \ fraco (V_ (DS) ^ 2) (2))

μn, kde sa platí-dopravcu mobility, W je šírka brány, L je dĺžka brány a Cox je brána oxidu kapacitné na jednotku plochy.Pri prechode od exponenciálneho subthreshold regiónu na trioda regióne nie je tak ostré ako rovnica naznačujú.

Sýtosť
Keď VGS> Vth a VDS> VGS - Vth
Tento prepínač je zapnutý a kanál bol vytvorený, ktorý umožňuje súčasný prúdiť medzi zdrojom a odliv.Vzhľadom k tomu, že odliv napätie vyššie ako napätie brány, časť kanál je vypnutý.Nástup tejto oblasti je tiež známy ako pinch-off.V súčasnej dren je teraz relatívne nezávislé na výpustným napätie (v prvom priblížení-order) a aktuálne je iba ovládané brány napätia tak, že:

I_D = \ fraco (\ mu_n C_ (ox)) (2) \ fraco (W) (L) (V_ () GS-tého V_ ()) ^ 2

Táto rovnica môže byť vynásobenú (1 λVDS) vziať do úvahy dĺžku kanála modulácie (raně efekt).

[upraviť]

Primát MOSFETs

V roku 1960, Dawon Kahng a Martin Atalla v Bell Labs vynašiel Metal Oxide Semiconductor pole-tranzistor účinku (MOSFET).Teoreticky sa líši od Shockley
to tranzistor, MOSFET s tým, že bola štruktúrovaná izolačná vrstva na povrchu polovodičového a potom uvedenie kovové brány elektródy na tom.Je používaný kryštalického kremíka pre polovodičový a tepelne oxidované vrstvy oxidu kremičitého na izolátore.Nielen, že majú tieto technické zaujímavosti ako nízke výrobné náklady a jednoduchú integráciu, kremík MOSFET náhodne nebolo vytvárať lokalizované elektrónové pasce (rozhranie štátov) na rozhraní medzi kremíka a jeho natívne oxidu vrstvy, a tak bolo jednoduché charakteristické, že bol ohrozený výkon predtým tranzistorov.Povzbudený týmto úderom šťastie, že MOSFET dosiahlo elektronickej hegemónia.Je to práve táto Serendipity ktoré utrpela veľké-mierka integrované obvody (LSIs) podkladového dnešnej informačnej spoločnosti.
[upraviť]

Digital

Nárast digitálnych technológií, ako je Mikroprocesorová poskytla motiváciu k predbežnej MOSFET technológiu rýchlejšie než akýkoľvek iný typ kremíka-založený tranzistor.Hlavným dôvodom pre úspech v MOSFET bol vývoj digitálnej CMOS logika, (pozri článok o CMOS), ktorá využíva p-a n-kanálový MOSFETs ako stavebné kamene.Veľkou výhodou CMOS logika je, že umožňujú bez prúdu toku (v ideálnom prípade), a tak nie je moc potrebné spotrebúvať, s výnimkou prípadov, kedy vstupy do logiky brány sú zapnutý.CMOS accomplishes tejto doplnením každej nMOSFET s pMOSFET a spojovacie obe bránky a obe kanalizácie spoločne.A vysoké napätie na brán spôsobí nMOSFET na správanie a pMOSFET nie je k správania a nízke napätie na brány spôsobuje naopak.V priebehu času prepínanie napätia ide z jedného štátu do druhého a ako sa bude vykonávať.Toto usporiadanie výrazne znižuje spotrebu energie a tepla.Prehriatie je veľkým problémom v integrovaných obvodov, pretože čoraz viac tranzistorov, sú zabalené do čoraz menšie čipy.

Ďalšou výhodou MOSFETs pre digitálne spínacie spočíva v tom, že oxid vrstva medzi bránou a kanála bráni DC vyplývajúce z bežného cez bránu, ďalšie zníženie spotreby a dať veľmi veľkú vstupné impedanci.Izolačného oxidu medzi bránou a kanál efektívne izolátoch jeden MOSFET v jednom z predchádzajúcich logické etapy a následné fázy, ktorá umožňuje riadiť veľký počet MOSFET vstupy od jedinej MOSFET výstupní.Bipolární tranzistor-založený logik (napr. TTL)
nemajú tak vysoké Fanout kapacity.Táto izolácia tiež uľahčuje pre projektantov ignorovať do určitej miery naloženia účinky medzi logikou fázach samostatne.Potiaľ je definovaný prevádzkové frekvencie: ako zvýšiť frekvencie, vstupná impedancia je MOSFETs klesá.
[upraviť]

Analog

MOSFET je
to silné ako tažný kôň tranzistorovými vo väčšine digitálnych obvodov nie je preložiť do prevahy v analógových obvodoch.Bipolárního tranzistoru križovatke (BJT) je tradične analógového projektanta tranzistorovými voľby, vďaka svojej vysokej transconductance a jedinečné vlastnosti.Avšak MOSFETs sú široko zprostředkují analógové účely rovnako.Niektoré z výhod MOSFETs sa, že vzhľadom na ich pozitívny teplotný koeficient, netrpia tepelnej ako utiekli BJTs robiť, a že ich lineárne regiónu im umožňuje byť použitý ako presné odpory, ktoré môžu mať oveľa väčší odpor ako kontrolovanej BJTs.Tiež môžu byť tvorené do kondenzátorov a špecializovaných obvodov umožňujú op-zosilňovačov z nich sa objaví ako induktormi, čím sa umožní, aby všetky bežné analógové prístroje,
s výnimkou diódy (ktorá môže byť menšia než rovnako MOSFET), ktorá má byť vybudovaná úplne mimo MOSFETs.To umožňuje kompletnú analógové obvody, ktoré majú byť vykonané na kremíkový čip v oveľa menšom priestore.Niektoré IC kombinujú analógové a digitálne MOSFET obvodov na jednom čipe,
vďaka čomu je potrebná palube vesmírnej ešte menšie.To vytvára potrebu izolovať analógových obvodov z číslicových obvodov na úrovni čipu,
čo vedie k použitiu izolácie krúžky a Silicon-On-izolátore (SOI).Hlavnou výhodou BJTs vs MOSFETs v analógovej procesu je schopnosť BJTs zvládnuť väčší prúd v menšom priestore.Výroba procesy existujú, ktoré obsahujú BJTs a MOSFETs do jedného zariadenia, tieto zmiešané-tranzistorových zariadení sa nazývajú Bi-FETs (Bipolárne-FETs), ak obsahujú len jeden BJT-FET a BiCMOS (bipolárnou-CMOS), ak obsahujú komplementárne BJT-FETs .Tento prístroj poskytuje výhody ako pre izolované bráne a vyššiu hustotu prúdu.

BJT sa má tiež určité výhody nad MOSFET v niektorých digitálnych obvodov.BJTs sú v súčasnosti lepšie aspoň 2 digitálne zamestnanosti.Prvým z nich je vo vysokej rýchlosti prepínania pretože nemajú "väčšia" kapacitné od brány, ktoré pri násobenému odpor kanála dáva inherentných časová konštanta tohto procesu.Inherentnú časová konštanta miestach obmedzenie rýchlosti jeden MOSFET možno prevádzkovať na vyššiu frekvenciu, pretože signály sú odfiltrované.Rozšírenie kanála znižuje odpor kanála, ale zvyšuje kapacitný o rovnakú sumu.Obmedzenie šírka kanála, zvyšuje odolnosť, ale znižuje kapacitné o rovnakú sumu.R * C = TC1, 0.5R * 2C = TC1, 2R * 0.5C = TC1.Neexistuje žiadny spôsob, ako minimalizovať vnútorné časová konštanta pre určitý proces.Rôzne procesy pomocou rôznych dĺžok kanálov, kanál, výšky, hrúbky a brány materiály majú rôzne vnútorné čas konštanty.Môžete preskočiť väčšinu z tohto problému s BJT, pretože nemá bráne.Druhá práca vychádza z prvého.Pri jazde mnoho ďalších brán,
tzv fénování out, odpor k MOSFET je v sérii s bránou capacitances z ostatných FETs, vytvára sekundárny času konštantná.Meškanie obvodov používať túto skutočnosť vytvoriť oneskorenie signálu pomocou malého CMOS prístroj poslať signál pre mnoho ďalších, koľkokrát väčší CMOS zariadenia.Sekundárny časové konštanty možno minimalizovať tým, že zvyšuje jazdnú FETs šírka kanála znížiť jeho odpor a zníži sa šírka kanála v FETs bol poháňaný, klesá ich kapacita.To však majú nevýhodu, pretože sa zvyšuje kapacita vodičské FET a zvyšuje odolnosť k FETs motivuje, ale obvykle tieto nevýhody sú minimálne problém, keď v porovnaní s načasovanie problém.BJTs sú lepšie riadiť druhej bránky, pretože môžu výstup aktuálnejšie ako MOSFETs, s prihliadnutím na FETs je poháňaný účtovať rýchlejšie.Mnohé čipov bude zamestnávať MOSFET vstupy a BiCMOS (pozri vyššie uvedený odsek) výstupy.
[upraviť]

MOSFET škálovací

Počas posledných desaťročí sa MOSFET má neustále bol zmenšený na veľkosť; typické MOSFET kanál dĺžok kedysi niekoľko mikrometrov, ale moderných integrovaných obvodov sa začlenením MOSFETs kanál s dĺžkou menej ako desatina z mikrometra.Vskutku Intel začne produkcia proces prísady s črtou veľkosti 65 nm (s kanálom je ešte kratšie) na začiatku roka 2006.Až do neskorých 1990s, toto obmedzenie veľkosti následok veľké zlepšenie MOSFET prevádzku bez škodlivé následky.Historicky, problémy s klesajúcou výške MOSFET boli spojené s polovodičových zariadení výrobného procesu.
[upraviť]

Dôvody pre MOSFET škálovací:

Menšie MOSFETs sú žiaduce z troch dôvodov.Prvá, menšia MOSFETs umožňujú súčasné prejsť.Koncepčne, MOSFETs sú ako odpory v on-stav a kratšie odpory majú menší odpor.Druhá, menšia MOSFETs majú menšie brány, a tým aj nižšie brány kapacitné.Tieto prvé dva faktory prispievajú k nižšej spínacie časy, a tým aj vyššiu rýchlosť spracovania.A tretí dôvod MOSFET škálovací znížená oblasť, čo viedlo k zníženiu nákladov.Menšie MOSFETs môžu byť zabalené hustejšie,
čo má za následok buď menšie čipy alebo čipy s väčšou výpočtový výkon v tej istej oblasti.Vzhľadom k tomu, že náklady na výrobné polovodičových doštičiek je pomerne pevná, náklady na jednotlivé integrované obvody, hlavne v súvislosti s počtom čipy, ktoré môžu byť vyrobené za oplátok.Z toho dôvodu menšej IC umožní viac čipov na oplatku zníženie ceny za čip.
[upraviť]

Problémy, ktoré vzniknú v dôsledku MOSFET škálovací

Produkujúci MOSFETs kanál s dĺžkou menej ako mikrometra je výzvou, a ťažkosti, polovodičových zariadení, výroba sa vždy limitujúcim faktorom pre ďalší rozvoj integrovaného obvodu technológie.V poslednej dobe sa k malej veľkosti je MOSFET vytvorila prevádzkové problémy.
[upraviť]

Subthreshold úniku

Kvôli malej MOSFET geometriou, napätia, ktoré môžu byť použité k bráne musí byť znížená na udržanie spoľahlivosti.Na udržanie výkonnosti, prahové napätie MOSFET sa má byť znížený tiež.Prahové napätie sa zníži, je tranzistor nemožno úplne vypnúť, to znamená, že tranzistor pracuje v režime slabého-inverzie, s subthreshold tesnosti medzi zdrojom a odliv.Subthreshold úniku, ktorý bol ignorovaný v minulosti, teraz môžu spotrebovávať viac ako polovica z celkovej spotreby energie, moderné high-výkon VLSI čipy.
[upraviť]

Interconnect kapacitné

Tradične spínací čas bol zhruba v pomere k bráne kapacitné závor.Avšak, s tranzistory čoraz menšie a tranzistory sú umiestnené na čipe, kapacitné prepojenia (s kapacitné z drôtov pripojenie rôznych častiach čipu), je stále veľké percento kapacitné.Signály musia cestovať cez prepojenie, ktoré vedie k zvýšenej meškanie a nižším výkonom.
[upraviť]

Výrobe tepla

Stále sa zvyšujúce hustoty-MOSFETs na integrovanom obvode vytvára značné problémy lokalizovanej tepla, ktoré môžu poškodiť činnosť obvodu.Obvody pracujú pomalšie pri vysokých teplotách a majú obmedzenú spoľahlivosť a kratšiu životnosť.Chladiče a chladenie ostatných metód sú v súčasnosti povinné pre veľa integrovaných obvodov vrátane mikroprocesorov.

Power MOSFETs sú ohrozené tepelná utiekli.Rovnako ako ich on-stav odpor rastie s teplotou, moc stratu na križovatke stúpa úmerne, generujúce ďalšie teplo.Keď chladič nie je schopná udržať teploty dostatočne nízke, na križovatke teploty môže rýchlo a nekontrolovateľne rastú, čo vedie k zničeniu zariadenia.
[upraviť]

Gate úniku oxidu

Bráne oxidu, ktorá slúži ako izolátor medzi bránou a kanál, je potrebné, ako tenká je to možné zvýšiť vodivosť kanála a výkonu, kde je tranzistor a k zníženiu subthreshold úniku, keď tranzistor je vypnutý.Avšak so súčasnými brány dusíka s hrúbkou asi 1,2 nm (čo je kremík ~ 5 atómov silná) kvantové mechanický jav tunelovanie elektrónov dochádza medzi bránou a kanál,
ktorý vedie k zvýšenej spotrebe energie.

Izolátory (označované ako high-k dielektrikách), ktoré majú viac ako dielektrická konštanta oxidu kremičitého, ako skupina IVb kovovej kremičitany
napr. hafnia a zirkónia kremičitany a oxidy, sú teraz skúmajú znížiť únik bránou.Zvýšenie dielektrická konštanta bráne oxidu materiál umožňuje hrubšie vrstvy pri zachovaní vysokej kapacitné.Čím vyšší tloušťkou znižuje tunelovanie súčasných medzi bránou a kanála.Dôležitým aspektom je bariérou výšky novej brány oxid; rozdiel vo vedení kapely energie medzi polovodičových a dusíka (a zodpovedajúce rozdielu v valence band energie) bude tiež mať vplyv na tesnosť existujúcej úrovni.Na tradičné brány dusíka,
oxid kremičitý, bývalá priehradu je približne 8 eV.Pre mnoho alternatívnych dielektrikách hodnota je výrazne nižšia, trochu negující výhodu vyššej dielektrické konštantou.
[upraviť]

Proces obmeny

S MOSFETS stále menší počet atómov v kremíka, ktoré produkujú veľa z
jeho vlastností tranzistora je čoraz menej.Počas výroby čipov, náhodný proces zmena môže mať vplyv na výšku tranzistor, ktorý sa stáva väčšie percento celkovej veľkosti tranzistora ako tranzistor zmenšuje.V tranzistorovými vlastnosti deterministických menej, ale viac štatistických.Táto zmena zvyšuje štatistické designu ťažkostiach.
[upraviť]

MOSFET stavebníctvo
[upraviť]

Gate materiál

Prvoradým kritériom pre brány materiálu je, že je dobrým vodičem.Vysoko-dopovaného polykryštalický kremík je prijateľný, ale rozhodne nie je ideálny dirigent,
ale aj trpia niektoré ďalšie technické nedostatky v jeho úlohu ako štandardné brány materiálu.Napriek tomu existuje niekoľko dôvodov uprednostnenia využívania polysilicon ako brána materiál:

1.Prahové napätie (a teda k odlivu zdroj on-current) je určený pre prácu fungovať rozdielu medzi bránou materiál a kanála materiálu.Pretože polysilicon je polovodičové, jeho pracovné funkcie môžu byť modulované úpravou typ a úroveň doping.Okrem toho, pretože polysilicon má rovnaký bandgap ako podkladové kremíka kanála, je veľmi jednoduchý na nastavenie pracovnej funkcie, aby sa dosiahlo nízke prahové napätie pre oba NMOS a PMOS zariadenia.Naproti tomu pracovné funkcie kovmi nie sú ľahko modulovania, takže ladenie prácu funkciu získať nízky prah napätie stáva veľkou výzvou.Navyše získanie nízkoprahové zariadenie na oboch PMOS a NMOS zariadenia by pravdepodobne vyžadovať použitie rôznych kovov pre každý typ zariadenia, pridávanie ďalších zložitosť výrobného procesu.
2.Silicon-SiO2 rozhranie bolo dobre študoval a je známe, že je relatívne málo chýb.Naproti tomu veľa kovov-izolátor rozhrania obsahujú značné množstvo nedostatkov, ktoré môžu viesť k Fermiho-úrovni pripevňovanie špendlíky, poplatkov alebo iných javov, ktoré v konečnom dôsledku poškodzujú zariadenia výkon.
3.V MOSFET IC výrobného procesu, je vhodné uložiť do brány materiálu pred niektorými vysoko-teplota kroky, aby sa lepšie vykonávajúce tranzistorov.Takéto kroky by vysoká teplota taveniny niektoré kovy, obmedzuje druhy kovov, ktoré by mohli byť použité v kovovej-gate procesu.

Zatiaľ čo polysilicon brány boli defacto standard za posledných dvadsať rokov, ktoré majú niektoré nevýhody, ktoré by mohli viesť k ich nahradenie kovových brán a iných materiálov v budúcnosti.Tieto nevýhody patrí:

1.Polysilicon nie je veľký dirigent (približne 1000 krát viac ako odporovú kovov), ktoré znižuje rýchlosť signálu rozmnožovanie pomocou materiálu.Tento odpor môže byť znížená o zvýšenie úrovne doping, ale aj vysoko dopovaného polysilicon ne tak ako väčšina vodivých kovov.V snahe zlepšiť rezistivita ďalší, niekedy aj vysoká teplota kovu ako volfrám, titán, kobalt, nikel a viac nedávno, je legovaný s hornej vrstvy sa polysilicon.Takýto materiál sa nazýva zmiešaná silicidy.V silicidy-polysilicon kombinácia má lepší elektrické vlastnosti ako polysilicon sám, a stále nie je taveniny v následnom spracovaní.Tiež prah napätia nie je výrazne vyššia ako polysilicon sám, pretože silicidy materiál nie je v blízkosti kanála.Proces, v ktorom silicidy tvoria na oboch bráne elektródy a zdroj a odlivu regiónoch sa niekedy nazýva salicide, samo-zladené silicidy.
2.Keď tranzistory sú extrémne zmenšiť, je nevyhnutné, aby sa k bráne dielektrickou vrstva veľmi tenká, približne 1 nm v state-of-the-art technológií.A jav pozorovaný tu je tak-zvané poly vyčerpania, keď vyčerpaní vrstva je tvorená v bráne polysilicon vrstvu vedľa brány dielektrické keď tranzistor je v inverzii.Ak chcete predísť tomuto problému kovové brány je žiaduce.A rôzne kovové brány ako tantal, volfrám, tantal Nitrid a Nitrid titánu, spravidla v kombinácii s high-k dielektrikách.Alternatívou je využiť plne-silicided polysilicon brány, a proces je označovaný ako fusie.

[upraviť]

Ostatné typy MOSFET
[upraviť]

Vyčerpaní režime MOSFETs

Existuje spôsob MOSFET vyčerpania prostriedkov, ktoré sú menšie ako bežne používané štandardné príslušenstvo režime zariadenie už bolo opísané.Ide o zariadenia, ktoré sú MOSFET dopovaného tak, že kanál existuje dokonca bez akéhokoľvek napätia na bránu.Za účelom kontroly kanála, záporné napätie sa používa k bráne, vyčerpania, ktorá znižuje súčasnú prietoku prístrojom.V podstate možno povedať, vyčerpania režime prístroj je ekvivalentná k normálne zavreté switch, zatiaľ čo posilnenie režimu prístroj je ekvivalentná k normálne otvoriť switch [1].
[upraviť]

NMOS logika

n-kanálový MOSFETs sú menšie než p-kanálový MOSFETs a vyrába len jeden typ MOSFET na kremíkový substrát je lacnejšia a technicky jednoduchšie.Jednalo sa o vodičské zásady pri navrhovaní NMOS logika, ktorá používa n-kanálový MOSFETs výhradne.Avšak na rozdiel od CMOS logika, NMOS logika konzumovaným silu dokonca, keď žiadne prepínanie dochádza.S pokrokom v technológii CMOS logika vysídlené NMOS logika v roku 1980, aby sa stala uprednostňovanú proces pre digitálne čipy.
[upraviť]

Power MOSFET
Prierez z Power MOSFET s štvorcovými bunkami.Typickým tranzistor je tvorená niekoľkými tisíc buniek
Zväčšiť
Prierez z Power MOSFET s štvorcovými bunkami.Typickým tranzistor je tvorená niekoľkými tisíc buniek

Hlavný článok: Power MOSFET

Power MOSFETs mať inú štruktúru, ako je uvedené vyššie.Rovnako ako u všetkých zariadení elektrárne,
ktorých štruktúra je vertikálna a nie je planárnych.Pomocou vertikálne konštrukcie, je možné na tranzistoru udržať ako vysoká blokace napätia a vysokého prúdu.V napätie na tranzistoru je funkcia z dopingu a hrúbka N epitaxiálny vrstvu (pozri prierez), zatiaľ čo Aktuálne hodnotenie je v závislosti na šírke kanála (širšieho kanála, tým vyššia je aktuálne).V planárnych štruktúra, aktuálne členenie a napätia mužstva sú obe funkcie kanála rozmery (respektive šírka a dĺžka kanála),
čo vedie k neefektívnemu využívaniu
tzv "kremíka kombi".S vertikálne štruktúry, čiastkové oblasti je približne v pomere k súčasnej môže udržať a konštrukčné hrúbka (vlastne N-epitaxiálny hrúbkou) je úmerné rozdelenie napätia.

Stojí za zmienku, že moc MOSFETs s bočnou konštrukcie existujú.Tie sa používajú najmä v high-end audio zosilňovačov.Ich výhodou je lepšie správanie v nasýtených kraj (zodpovedá lineárna regiónu a bipolární tranzistor), ako je zvislá MOSFETs.Vertikálne MOSFETs sú určené pre prepínanie aplikácií,
a preto sa používajú len v Zapnuté alebo Vypnuté štátov.
[upraviť]

DMOS

DMOS stojí za dvojlôžkovú-rozptýlenější Metal Oxide Semiconductor.Väčšina môcť MOSFETs sú vyrobené s použitím tejto technológie.
[upraviť]

MOSFET analog switch

MOSFET analógové spínače použiť MOSFET kanál ako nízky odpor on-switch preniesť analógové signály, kedy, a ako vysokou impedanciou pri vypnutí.Signály tok v oboch smeroch cez MOSFET switch.V tejto aplikácii sa dren a zdroj MOSFET s výmenou miesta v závislosti od napätia jednotlivých elektród porovnaní sa k bráne.Pre jednoduchý MOSFET bez integrovaného dióda, zdroj je viac negatívnych vedľajších pre N-MOS alebo viac pozitívne pre P-MOS.Všetky tieto prepínače sú obmedzené na to, čo signály môžu prejsť alebo zastaviť ich brány-source, brána a zdroj-kanál-kanál napätie a zdroje-na-dren prúdy, ktoré presahujú hranice napätia bude potenciálne poškodiť switch.
[upraviť]

Jednotný-typu MOSFET prepínač:

Tento analógový prepínač používa štyroch-terminal jednoduchý MOSFET buď P alebo N typu.V prípade, že je N-typu switch, orgán je spojený s GND a brány slúži ako prepínač ovládanie.Kedykoľvek bráne napätie presiahne zdroj napätia minimálne prahové napätie sa vykonáva MOSFET.Čím vyššie napätie,
tým viac sa MOSFET vykonáva.N-MOS bude prechádzať všetkých napätie, menšie než (Vgate-VTN), meria so zreteľom na telo.Vypínače sú zvyčajne prevádzkované v regióne nasýtenia, pretože drene a zdrojom bývajú rovnaké napätie, keď je na zmenu.

V prípade, že P-MOS, orgán je spojený s VDD a je brána do nižšej potenciál premeniť zapnúť.P-MOS prepínač prejde všetkých napätie vyššie ako ( Vgate VTP), meria so zreteľom na telo.A P-MOS switch will have three times the resistance of an N-MOS device of equal dimensions because electrons have three times the mobility of holes in silicon. [upraviť]Dual-type (CMOS) MOSFET switch:

This type of switch uses one P-MOS and one N-MOS FET to counteract the limitations of the single-type switch. The FETs have their drains and sources connected in parallel, the body of the P-MOS is connected to the high potential (Vdd) and the body of the N-MOS is connected to the low potential (Gnd). To turn the switch on the gate of the P-MOS is driven to the low potential and the gate of the N-MOS is driven to the high potential. For voltages between (Vdd-Vtn) and (Gnd Vtp) both FETs conduct the signal, for voltages less than (Gnd Vtp) the N-MOS conducts alone and for voltages greater than (Vdd-Vtn) the P-MOS conducts alone.

The only limits for this switch are the gate-source, gate-drain and source-drain voltage limits for both FETs. Also, the P-MOS is typically 3 times the width of the N-MOS so the switch will be balanced.

Tri-state circuitry sometimes incorporates a CMOS MOSFET switch on its output to provide for a low ohmic, full range output when on and a high ohmic, mid level signal when off. <img src="http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d7/IvsV_mosfet.png/300px-IvsV_mosfet.png" border="0" alt=""/>