Einführung in MOSFET: 11 wichtige Erklärungen

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Diskussionsthema: MOSFET-Grundlagen

  • Was ist MOSFET?
  • MOSFET-Grundlagen
  • Arten von MOSFET
  • Funktionsprinzip des MOSFET
  • Anwendung von MOSFET
  • Verschiedene Kanaleffekte in den MOSFET-Grundlagen

Was ist MOSFET?

Definition des MOSFET:

"Das Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-trAnsistor (MOSFET) ist eine Form eines isolierten Gate-Feldeffekttransistors, der aus dem besteht steuerbare Halbleiter auf oxidierter Siliziumbasis “.

Verschiedene Arten von MOS:

  • · P-Kanal-MOSFET
  • · N-Kanal-MOSFET

Verschiedene Arten von MOSFET-Bauelementen:

  • · Verbesserungsmodus-MOSFET
  • · Verarmungsmodus-MOSFET

MOSFET-Symbol

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MOSFET-Grundlagen: MOSFET-Symbol

Arbeitsprinzip des MOSFET:

MOSFET-Grundlagen

Ein FET wird als leitender Halbleiterkanal mit 2 Kontakten betrieben - der 'SOURCE' und dem DRAIN. Die GATE-Junction kann als 2-terminale Schaltung als MOS-Struktur verstanden werden, die als gleichrichtender Sperrvorspannungsmodus arbeitet. Normalerweise ist die GATE-Impedanz in klassischen Arbeitssituationen höher.

Die FETs gemäß diesen Standards sind typischerweise MOSFET, JFET, Metall-Halbleiter-FET (MESFET) und Heterostruktur-FET. Von diesen FETs ist der MOSFET einer der bedeutendsten und wird üblicherweise für verschiedene Anwendungen verwendet.

In einem MOSFET auf Siliziumbasis ist der GATE-Anschluss normalerweise durch eine spezifische SiO 2 -Schicht isoliert. Die Ladungsträger des leitenden Kanals entwickeln eine entgegengesetzte Ladung, in diesem Fall ein Substrat vom p-Typ für einen n-Kanal und "Löcher" für ein Substrat vom n-Typ für den p-Kanal. Dies wird im Halbleiter an der Silizium-Isolator-Kante durch das angelegte Volt im GATE-Anschluss induziert. Das e- tritt an n + Source- und Drain-Anschlüssen in den Kanal ein und verlässt ihn für einen n-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor. Dies sind p + -Kontakte während des p-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors.

Mosfet-Chip
MOSFET-Grundlagen: Ein typischer MOSFET-Chip mit Kühlkörper
Bildquelle: Willtron, Transistor und Disipador, CC BY-SA 3.0

MOSFET-Schicht

MOSFET-Schicht 1
MOSFET-Grundlagen: MOSFET-Schichten in Metalloxid-Halbleiter-Struktur auf p-Silizium Bildnachweis:MOS_Kondensator.png: Braut ohare abgeleitete Arbeit: Fred die Auster (sich unterhalten), MOS-Kondensator, CC BY-SA 3.0

Implementierung eines MOSFET:

Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren arbeiten als diskretisierte Schaltung und auch als aktives Element. Derzeit werden diese Schaltungen bis in den tiefen Submikrometerbereich herunterskaliert. Derzeit wird der standardmäßige 0.13-µm-Standardtechnologie-Knoten-CMOS verwendet VLSI -Technologie und zukünftig auch 0.1-µm-Technologie vorhanden sein, mit einer gewissen Steigerung von Geschwindigkeit und Integrationsbereich.

Die CMOS-Technologie arbeitet mit dem n-Kanal- und dem p-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor zusammen, um sehr viel weniger Strom zu verbrauchen, ohne die Leistungsgeschwindigkeit einzuschränken. Mit der neuen SOI-Technologie wird eine dreidimensionale Integration mit mehreren Schichten erreicht, wobei die Integrationsdummheit elektrisierend zunimmt. Neuartige und angereicherte Strukturen und die Kombination der Bi-CMOS-Technologie werden möglicherweise zu weiteren Verbesserungen führen. Einer der aufstrebenden Bereiche des CMOS betrifft eine Vielzahl von Anwendungen, von Audiogeräten im kHz-Bereich bis zu modernen drahtlosen Anwendungen, die im GHz-Bereich betrieben werden.

MOS
MOSFET-Grundlagen: MOSFET-Regionen, Bildnachweis – Cyril BUTTAY, Seitlicher Mosfet, CC BY-SA 3.0

Kurzkanaleffekt im MOSFET:

Normalerweise werden FET-Größen anhand des Seitenverhältnisses der Vorrichtung bewertet. Dies ist das Verhältnis der Gatelänge zur aktiven vertikalen Messung des FET. Die senkrechte Abmessung für die Oxidbreite wird als Parameter gemessen diwird die Source- und Drain-Übergangstiefe als Parameter betrachtet rj. Die Verarmungstiefen der Source- und Drain-Übergänge werden durch den Parameter festgelegt Ws und Wd beziehungsweise. Das niedrige Seitenverhältnis ist identisch mit den Eigenschaften des kurzen Kanals.

                 L <LMin.(µm) = 0.4 [rj(µm) di(Å) (W.d + Ws)2(µm2)]1/3

Wenn L kleiner als ist LMin.,.

Die Schwellenspannung des Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors wird berücksichtigt als VT . Diese Spannung wird infolge der Gate-Steuerung auf verschiedene Weise beeinflusst. Im Allgemeinen werden Verarmungsladungen in der Nähe von Source und Drain gemeinsam kontrolliert. Die Ladung entwickelt einen moderat höheren Anteil des GATE-Ladungsträgers. Die Verarmungsladung in der Nähe des Drains wird mit zunehmender Vorspannung der Drain-Source-Vorspannung aufgeblasen, was zu einer zusätzlichen Spannung führt VDS-abhängige Verschiebung der Schwellenspannung .

Die VT ist eine Art Barriere, kombiniert mit Trägern, die von der Quelle zur Kanalrichtung injiziert werden. Diese Barriere wird durch Verwendung einer Drain-Vorspannung erheblich angepasst. Im n-Kanal Feldeffekttransistoren, sinkt der Drain die Schwellenspannung und ein gleichzeitiger Anstieg des Schwellenstroms mit dem Wachsen VDS.

Hoher Feldeffekt des MOSFET:

Im Falle einer Drain-Source-Vorspannung wächst ein Feldeffekttransistor in Richtung der Drain-Sättigungsspannung, die als 'V' bezeichnet wirdSamstag'Überall dort, wo in der Nähe des Abflusses eine Reihe höherer elektrischer Felder erzeugt wird. Die Geschwindigkeit von e- in diesem Bereich wird gesättigt. Im Sättigungsbereich nimmt die als ∆L des Hochfeldes betrachtete Länge im Verlauf der Quelle mit zunehmendem V zuDSund das funktioniert so, als ob die tatsächliche Kanallänge um den Parameter ∆L verringert wird. Dieses Phänomen wird als Kanallängenmodulation bezeichnet oder in den MOSFET-Grundlagen einfach als CLM bezeichnet. Die nachfolgenden vereinfachten Manifestationslinks von VDS auf die Länge des gesättigten Bereichs ist wie folgt:

                                             VDS = VP + Vα [exp (Δl / l) -1]]

wo auch immer Vp, Vα und l sind Parameter, die mit der Sättigungsgeschwindigkeit zusammenhängen. Hier, Vp ist das Potential am Sättigungspunkt im Kanal, das üblicherweise durch den Parameter geschätzt wird VSamstag. Diese Übereinstimmung ergibt sich aus der möglichen Zusammenfassung, die aus dem 2D-Simulationsmodell eines N-Kanal-MOSFET gewonnen wird.

Hot Carrier-Effekte:

Der Hot-Carrier-Effekt ist eines der wichtigsten Probleme beim Schrumpfen der FET-Größe in den tiefen Submikrometerbereich. Er verringert die Kanallänge bei gleichzeitig hoher Stromversorgung. Diese werden auf elektrische Feldstärken und Gründe für die Beschleunigung und Erwärmung der geladenen Ladungsträger erhöht. Ein umfassendes Modell für den Substratstrom ist für die Modellierung auf Schaltungsebene sehr schwierig.

Temperaturabhängigkeit und Selbsterwärmung:

Die MOSFET-Grundschaltung ist in verschiedenen Umgebungen funktionsfähig, einschließlich verschiedener Temperaturbereiche. Die durch die Verlustleistung in einer Schaltung erzeugte Wärme ist ebenfalls signifikant, und der Temperaturanstieg für das Schaltungsdesign muss ebenfalls berücksichtigt werden. Das Design wird immer schwieriger, da die Gerätegröße immer kleiner wird und die Verlustleistung mit unterschiedlichen Betriebsarten zunimmt. Die thermischen Eigenschaften werden von verschiedenen Modellen eingehend untersucht.

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