半导体的基本原理.PPT

2001/3/8 2001/3/8 由於MOSFET的響應頻率受制於gate端的有效R和C的值，所以可以從一些技術手冊中的參數大概估算出MOSFET的最高工作頻率。阻抗部分主要取決於polysilicon-gate overlay結構中薄層的電阻值，該值大約是20歐姆。鑒於在技術手冊裡一般不會給出總的R的值，Ciss一般會給出:以最大值的方式表示，同時會以圖示的方式來反映出其與drian-to-source電壓的關系。 工作頻率（Operating Frequency） Ciss的值跟chip size有關；chip越大，Ciss值越大。由於MOSFET的輸入端的RC組合勢必會在driving circuit的作用下有一個charge和discharge的問題，而且由於容量的支配，較之於較小的chip，較大的chip開關速度較慢，因此，較大chip的MOSFET適合用在低頻的應用電路裡面。總而言之，絕大部分的的MOSFET最高使用頻率在1Mhz到10Mhz之間。 工作頻率（Operating Frequency） 輸出特性（Output Characteristics） MOSFET最常用的graphical data可能是輸出特性曲線或者是drain-to-source電流（Ids)與drain-to-source電壓（Vds)的關系曲線圖。典型的曲線圖如圖Figure6所示，給出的是在不同Vgs的情況下，Id隨著Vds變化的一個關系曲線圖。 MOSFET需要一個高輸入電壓（至少10V）以使它們可以以full rated 的Id狀態來工作。 曲線圖可以分為兩個部分：一個是線性區，Vds較小，Id隨著Vds的增加而線性增加；另外一個是飽和區，Vds增加的時候，Id基本上沒有什麼變化（器件相當於一個恆流源）。電流變化的線性部分和飽和部分交匯的區域稱之為（pinch-off region) 輸出特性（Output Characteristics） 驅動要求（Drive Requirements） 當我們考慮需要一個多大的Vgs才能使一個MOSFET工作的時候，注意到在圖Figure6裡面，MOSFET在Vgs達到一個特定值（稱之為導通電壓）之前，MOSFET是不會導通的（沒有電流流過）。換句話說，開啟電壓一定要達到一定的值以後，我們才能期望得到想要的Id電流。對許多的MOSFET來講，其開啟電壓一般為2V。在選擇一個MOSFET或設計MOSFET的驅動電路的時候，這是一個重要的考慮因素：gate極驅動電路必須提供一個至少等同開啟電壓大小的電壓，不過我們建議，這個電壓應該比開啟電壓大一些。 如圖Figure6所示，MOSFET必須要有一個一定大小的電壓才能去驅動它，比如是10V，才能確保它以最大的飽和電流的狀態來工作。但是有些IC電路，如TTL型的IC電路，在沒有加external的pull-up電阻時，沒有辦法提供所需大小的電壓。即使把電壓pull-up到了5V，TTL驅動電路仍無法完全使MOSFET工作在飽和狀態。因此，TTL驅動電路最適合用在當開關的電流（Id)遠小於rated current的場合。 驅動要求（Drive Requirements） CMOS IC的驅動電路可以提供10V的激勵電壓，這些器件有能力驅使MOSFET工作在Full Saturation的狀態。換而言之,，CMOS無法做到像TTL驅動電路一樣的開關速度。最好的做法是，不管是採用TTL還是CMOS IC，當我們在IC的output和gate極的input之間嵌入特殊的buffering chip去滿足MOSFET的gate極的需求時，兩種方式都可以實現驅動的目的。 驅動要求（Drive Requirements） 半導體的基本原理 按導電性能的不同，物質可分為導體，絕緣體和半導體。目前用來制造電子器件的材料主要是單晶半導體硅（Si)和鍺（Ge). 硅和鍺都是四價元素，其原子圖如下所示： 純凈的半導體稱為本征半導體，會形成如下的空間點陣 半導體的基本原理 在受熱或有外加電場的情況下，共價鍵中的價電子有可能掙脫共價鍵的束縛而形成自由電子，帶“-”電，其原來的位置形成一個帶“+”電的空穴。 相鄰共價鍵內的電子在正電荷的吸引下會填補附近的空穴，從而把空穴移動到別處去。依此類推，空穴便可在整個晶體內移動。當有電場作用時，價電子定向地填補空位，使空位做相反方向的的移動，這與帶正電荷的粒子做定向運動的效果完全相同。在這裡