Klik untuk melihat-- > : Tiga akun publik yang harus diperhatikan oleh semikonduktor
Sumber: blog EETOP Penulis: Xu Huan
Tautan:
Sebagai salah satu perangkat paling dasar di bidang semikonduktor, transistor MOS banyak digunakan dalam desain IC dan aplikasi sirkuit level papan. Saat ini, terutama di bidang semikonduktor daya tinggi, transistor MOS dari berbagai struktur memainkan peran yang tak tergantikan. Sebagai perangkat dasar, sering kali ia menggabungkan kesederhanaan dan kompleksitas. Kesederhanaan terletak pada strukturnya, dan kompleksitas terletak pada pertimbangan mendalam berdasarkan aplikasinya. Oleh karena itu, sebagai pengembang perangkat keras, jika Anda ingin maju dalam desain sirkuit, memahami transistor MOS adalah langkah yang sangat diperlukan. Mari bicarakan hari ini.
1. Struktur semikonduktor tabung MOS
Sebagai perangkat semikonduktor, sumbernya masih merupakan bahan yang paling primitif, zat jenis P dan N yang dibentuk oleh semikonduktor doping.
Lantas, bagaimana cara membuat tabung MOS dalam teknologi semikonduktor?
Ini adalah diagram skematik dari struktur NMOS, komponen tiga terminal yang terlihat sangat sederhana. Proses pembuatan spesifik seperti blok bangunan, yang "ditutup" selangkah demi selangkah di atas fondasi (substrat) tertentu sesuai dengan desain.
Deskripsi simbol dari MOS tube adalah:
2. Mekanisme kerja tabung MOS
Mengambil tabung MOS yang ditingkatkan sebagai contoh, mari kita lihat secara singkat prinsip kerja tabung MOS.
Dari struktur di atas, kita dapat melihat bahwa MOS tube mirip dengan triode, dan juga merupakan dua PN junction back to back! Prinsip triode adalah menyuntikkan arus ke area basis yang sangat tipis dalam kondisi bias untuk mengontrol konduksi antara CE melalui rekombinasi lubang elektron, dan transistor MOS menggunakan medan listrik untuk membentuk saluran pembawa di gerbang untuk berkomunikasi Antara DS.
Seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, ketika tegangan belok tidak mencukupi, daerah penipisan netral akan terbentuk antara daerah N dan substrat P karena rekombinasi alami pembawa. Setelah gerbang diberi tegangan maju, pembawa minoritas (elektron) di area P akan berkumpul di bawah gerbang silikon oksida di bawah aksi medan listrik, dan akhirnya area dengan elektron sebagai mayoritas akan terbentuk, disebut lapisan inversi, disebut lapisan inversi. Ketikkan karena wilayah saluran tipe-N terbentuk di wilayah substrat tipe-P. Dengan cara ini, DS terhubung.
Gambar di bawah ini adalah simulasi penyalaan tabung MOS sederhana:
Ini adalah kurva Id arus tabung MOS versus Vgs, dan tegangan nyala adalah 1,65V. Gambar di bawah ini adalah diagram kurva karakteristik antara IDS dan VGS dan VDS tabung MOS, mirip dengan triode.
Mari kita lihat seluruh proses menyalakan tabung MOS dari perspektif struktur perangkat.
1. Efek pembukaan Vgs pada tabung MOS
Vgs dalam jarak tertentu > Vth, Vds < Vgs-Vth, semakin besar Vgs, semakin lebar lapisan inversinya dan semakin besar arusnya. Area ini adalah area linier (area resistansi variabel) dari tabung MOS. yang mana:
Ketika Vgs konstan, Vds naik, dan Id naik kira-kira secara linier, menunjukkan karakteristik resistansi.
Ketika Vds adalah konstanta, Vgs naik, dan Id naik kira-kira secara linier, menunjukkan karakteristik resistansi yang dikontrol tegangan.
Sisi kiri kurva
2. Kontrol Vds pada saluran tabung MOS
Saat Vgs > Vth, Vds < Ketika Vgs-Vth, analisisnya sama dengan sisi kiri kurva di atas, Id arus naik dengan naiknya Vds, yang merupakan area resistansi variabel.
Saat Vds > Setelah Vgs-Vth, kita dapat melihat bahwa medan listrik antara DS mulai mempersempit saluran di sisi kanan dan meningkatkan resistansi. Oleh karena itu, peningkatan Id saat ini mulai melambat. Ketika Vds meningkat sampai batas tertentu, saluran yang tepat benar-benar terjepit!
Pada saat ini tegangan antara DS didistribusikan di zona deplesi pinch-off yang dekat dengan terminal D. Peningkatan pada zona pinch-off, yaitu peningkatan tahanan yang disebabkan oleh penurunan lebar saluran W, mengimbangi efek positif Vds pada Id, sehingga menyebabkan arus Id hampir tidak berubah dengan peningkatan Vds. Pada saat ini, pengangkut di ujung D menyapu daerah penipisan untuk mencapai ujung S di bawah aksi medan listrik yang kuat!
Area ini adalah area arus konstan dari tabung MOS, juga disebut area saturasi, dan area amplifikasi.
Namun, panjang saluran L berubah karena efek modulasi saluran, sehingga kurva sedikit melengkung ke atas.
Catatan penting: definisi area kerja tabung MOS dan transistor berbeda
Area saturasi dari triode: Ic arus keluaran tidak berubah dengan arus masukan Ib.
Area saturasi tabung MOS: Id arus keluaran tidak berubah dengan tegangan keluaran Vds.
3. Kerusakan
Vgs yang berlebihan akan menyebabkan kerusakan dan kerusakan pada lapisan oksida tipis gerbang.
Vds yang berlebihan akan menyebabkan kerusakan longsoran persimpangan PN terbalik antara D dan substrat, dan arus yang besar mengalir langsung ke substrat.
3. Analisis proses switching tabung MOS
Jika Anda ingin lebih memahami prinsip kerja tabung MOS dan menganalisis seluruh proses tabung MOS dari cut-off hingga turn-on, model struktur sirkuit lengkap harus ditetapkan, dan parameter parasit harus diperkenalkan, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah.
Proses pembukaan rinci adalah:
Tahap t0 ~ t1: Arus gerbang mengisi Cgs dan Cgd, dan Vgs naik ke tegangan penyalaan Vgs (th). Selama waktu ini, MOS tidak dinyalakan dan tidak ada arus yang mengalir, yang merupakan area cut-off dari tabung MOS. Pada tahap ini jelas terlihat bahwa tegangan Vd lebih besar dari Vg, yang dapat dipahami sebagai kapasitansi Cgd positif dan negatif.
Tahap t1 ~ t2: Setelah Vgs mencapai Vth, transistor MOS mulai secara bertahap menyala ke nilai arus beban penuh Io, dan Id arus muncul. Id dan Vgs memiliki hubungan linier. Tahap ini adalah wilayah resistansi variabel, atau wilayah linier, dari tabung MOS.
Fase t3 ~ t4: Setelah melewati platform Miller, yaitu, Cgd dibebankan secara terbalik ke Vgs, dan Vgs terus naik ke tegangan akhir. Nilai tegangan ini menentukan resistansi pengaktifan Ron dari tabung MOS.
Kita dapat melihat proses spesifik melalui simulasi:
b: Teknologi switching tegangan-nol ZVS dapat menghilangkan efek Miller, yaitu saluran dihidupkan ketika Vds adalah 0, yang lebih banyak dalam aplikasi daya tinggi.
c: Gerbang digerakkan oleh tegangan negatif, yang meningkatkan biaya desain.
d: Penjepit Miller aktif. Artinya, triode ditambahkan ke gerbang, dan tegangan gerbang ditarik ke bawah saat dimatikan.
Mekanisme kerja tabung MOS telah dijelaskan secara rinci di atas, sehingga kita dapat melihat lembar data dan parameter ini secara sekilas.
Parameter nilai batas mewakili rentang aplikasi tertinggi. Konsumsi daya dan pembuangan panas adalah fokus aplikasi berdaya tinggi.
Dioda tubuh:
Dalam tabung NMOS perangkat diskrit, terminal S umumnya adalah substrat, jadi ada dioda parasit antara DS.
Tetapi di dalam sirkuit terintegrasi, terminal S terhubung ke potensial rendah atau tinggi, tidak harus ke substrat, jadi tidak ada dioda parasit.
Dioda parasit memiliki fungsi melindungi tabung MOS dan memperoleh arus besar balik seketika.
Keempat, penerapan penggerak tabung MOS
Penggerak MOS adalah fokus dari desain aplikasi, selanjutnya mari kita bicara tentang metode dan karakteristik mengemudi.
4.1 Penggerak langsung
Chip driver secara langsung mengeluarkan gelombang PWM
Fitur: Drive loop tidak boleh terlalu jauh, jika tidak induktansi parasit akan mengurangi kecepatan switching dan menyebabkan dering. Selain itu, sulit bagi pengemudi umum untuk menyediakan arus mengemudi yang besar.
4.2 Drive dorong-tarik
Penggerak PWM menggerakkan gerbang melalui struktur dorong-tarik
Fitur: Untuk mencapai loop drive yang lebih kecil dan arus drive yang lebih besar, tegangan gerbang dijepit antara Vb + Vbe dan GND dan Vbe.
4.3 Sirkuit akselerasi penggerak gerbang
Dioda paralel dapat memangkas arus, tetapi ketika tegangan menurun, dioda secara bertahap kehilangan fungsinya.
4.4 Sirkuit penghentian PNP
Fitur: PNP membentuk aliran arus pendek ketika dimatikan, tetapi tidak bisa benar-benar nol Dioda Don dapat dijepit untuk mencegah transistor rusak.
V. Ringkasan
Uraian di atas secara kasar mengenalkan prinsip kerja dan penerapan komponen semikonduktor dasar tabung MOS secara detail Yang dibutuhkan dalam pengerjaan sebenarnya adalah pengujian dan eksperimentasi, khususnya pada beberapa aplikasi khususnya masalah aplikasi. Dengan cara ini, Anda mungkin dapat benar-benar mengintegrasikan pengetahuan dasar yang relevan ke dalam kemampuan Anda sendiri dan memecahkan masalah teknis dengan mudah. Untuk terlibat dalam teknologi, seperti halnya menjadi manusia, Anda harus mulai dari yang kecil dan melihat ke atas.
Beberapa tangkapan layar dari blog lain milik penulis:
(Salin tautan: Buka dan lihat di komputer)
Klik untuk membaca teks asli untuk melihat apa akun publik yang relevan dari industri semikonduktor?
- Bank yang bersaing untuk mendapatkan pelanggan dan sumber daya simpanan tidak boleh terlibat dalam cara yang tidak benar