活跃的MOS管_mos管的型号
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活跃的MOS管
MOS管是金属—氧化物—半导体场效应晶体管,或者称是金属—绝缘体—半导体。MOS管的英文全称叫MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor),即金属氧化物半导体型场效应管,属于场效应晶体管中的绝缘栅型。因此,MOS管有时被称为场效应管。在一般电子电路中,MOS管通常被用于放大电路或开关电路。而在主板上的电源稳压电路中,MOSFET扮演的角色主要是判断电位,它在主板上常用“Q”加数字表示。MOS管的源极和漏极是可以对调的,他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下,这个两个区是一样的,即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。随着科学技术的发展,集成电路的集成密度不断地在提高。从数十年前被发明以来,MOS晶体管的尺寸已经被大大缩小。门氧化层厚度、通道长度和宽度的降低,推动了整体电路尺寸和功耗的大大减少。由于门氧化物厚度的减小,最大可容许电源电压降低,而通道长度和宽度的缩减则缩小了产品的外形并加快了其速度性能。这些改进推动了高频率CMOS轨到轨输入/输出放大器的性能发展,以满足当今系统设计者对于某种新型模拟电路日益增加的需求,这种电路必须能够以和数字电路同样低的电源电压进行工作。正是由于Mos场效应管具有制造工艺简单、占用芯片面积小、MOS晶体管器件的尺寸也逐年缩小、器件特性便于控制等特点。因此,它是目前制造超大规模集成电路的主要有源器件,并已开发出许多有发展前景的新电路技术。
根据今年国际固体电路年会的报告,集成电路(IC)的最大市场莫过于网络设备,移动电话和消费类电子。中国已经是IC第三大市场,潜在的市场令世人瞩目,其中移动电话用户数量在世界上占第一位。蓝牙技术是短距离无线控制和通信,无线局域网是近距离数据通信,移动电话和全球定位系统是无线通信最主要应用市场。由于对信噪比和发送功率要求低,蓝牙和无线局域网的无线收发器已经采用CMOS电路,但是用于移动电话的无线收发电路对信噪比要求高,目前商用的仍然采用双极电路和砷化镓电路。但是实验室的研究已经达到了商用的性能,CMOS射频电路在手机上的商用已经清晰可见。
从MOS管的应用领域上分析:
排名第一的是消费类电子电源适配器产品中用量很是庞大,消费类电子领域对于MOS管产品的需求排名首位占24%,销售额为5.45亿美元,受益于中国对电视和家用电器的旺盛需求。随着消费电子、计算机等领域的快速发展,对功率器件产品的需求也呈现快速增长的趋势,而产品的小型化也使得高可靠性、节能、高性能、小尺寸、符合RoHs指令成为功率器件未来的发展趋势。封装工艺的提升则是提高MOS管性能以及稳定性的有效途径。随着市场上对更小巧轻薄、更快速、散热更好及性能更可靠的便携式应用MOS管器件的需求的快速增加,全球主要MOS管生产企业都在不断通过提升封装工艺来改善器件散热水平。
排名第二的是计算机主板、NB、计算机类适配器、LCD显示器等产品,随着国情的发展计算机主板、计算机类适配器、LCD显示器对MOS管的需求有要超过消费类电子电源适配器的现象了。2007年,中国笔记本电脑产量增长率超过40%,液晶电视产量增长率也超过了70%,快速增长的整机产量带动了中国MOS管的市场需求,但由于整体整机产量增长趋于平稳,MOS管市场需求量增长率较2006年有所下降。2007年中国MOS管市场需求量达到171.2亿个,市场需求额为220.5亿元。目前主板或显卡上所采用的MOS管并不是太多,一般有10个左右,主要原因是大部分MOS管被整合到IC芯片中去了。由于MOS管主要是为配件提供稳定的电压,所以它一般使用在CPU、AGP插槽和内存插槽附近。其中在CPU与AGP插槽附近各安排一组MOS管,而内存插槽则共用了一组MOS管,MOS管一般是以两个组成一组的形式出现主板上的。
排名第三的就属网络通信、工业控制、汽车电子以及电力设备领域了,这些产品对于MOS管的需求也是很大的,特别是现在汽车电子对于MOS管的需求直追消费类电子了。从MOS管的市场进行分析:
欧美日企业在中国功率器件市场上凭借着出色的产品质量处于领先地位,中国台湾企业则凭借着良好的产品性价比在市场中得到了较快的发展,而中国大陆企业在中国功率器件市场上的竞争力还很弱,企业实力有待提升。
大陆企业:吉林华微
杭州士兰微
广州南科 西安后裔 深圳比亚迪 深圳锐骏
日本竞争对手:东芝 三洋 松木 瑞萨 富士 三菱
NEC等
欧美竞争对手:IR 仙童半导体 英飞凌 ST ON Vishay AOS 台湾竞争对手:富鼎先进
茂达 茂钿 UTC(友顺)CET(华润)擎力等 韩国:信安 美格纳 semihow AUK KIA等
2009年功率MOSFET市场销售收入的主要来源是三个领域:数据处理占销售收入的41%,消费电子占25%,通信占23%。由于政府继续支持通信产业,而且运营商保持对新通信网络的投资,包括有线与无线在内的通信产业,2010年创造了6.17亿美元的功率MOSFET销售收入,高于2009年的3.65亿美元。相比之下,消费电子2010年创造5.7亿美元的功率MOSFET销售收入。2010年汽车市场创造1.01亿美元的功率MOSFET销售收入,比2009年劲增64%。由于低电压应用的数量通常随着数据处理和通讯设备所使用的处理器等器件的数量增长,功率MOSFET的多数销售收入来自低电压MOSFET。低电压MOSFET在2009年占该市场的51%,今年大部分时间功率MOSFET需求强劲,第四季度销售额增长速度将会放慢,2009-2014年整体MOSFET市场的复合年度增长率将达20%。
2010年中国功率MOSFET市场快速增长,销售额达到23亿美元,比2009年的16亿美元增长43%。功率MOSFET在2010年多数时间都处于供应不足局面,难以满足中国各行业的需求,包括本地数据处理、消费与通信领域。功率MOSFET是为处理较高的功率级而设计的功率半导体器件,MOS管最显著的特性是开关特性好,所以被广泛应用在需要电子开关的电路中,常见的如开关电源和马达驱动,也有照明调光。功率MOSFET在中国市场强劲增长,可能主要归功于中国政府的推动。为了鼓励投资和刺激经济,中国政府推出了一系列政策。这些政府行动使一些应用功率MOSFET的产业受益,包括汽车、通信、消费、绿色能源与工业。这个消费循环的最后一环是中国本地人口,尤其是那些城市居民,他们对于电子产品的需求非常旺盛。
但是,2011年功率MOSFET增长速度不像2010年那么快。一方面,中国政府在投资方面变得更加谨慎,并开始紧缩政策以抑制通胀。另一方面,日本3月地震影响了晶圆与原材料供应。2010-2015年增长速度约为12%,市场的总体复合年度增长率将为13.7%,笔记本将是推动增长的主要因素。凭借着较快的市场增长率以及广阔的市场发展空间,MOS管成为中国分立功率器件市场发展亮点。
MOS管技术可大致分成平面型和沟槽型两大类。对于低压MOS管产品,沟槽MOS管技术已被市场所接受,并成为市场的发展趋势。在高压MOS管市场上,平面技术仍具有一定的发展潜力。未来,含有高端工艺的平面技术将是高压MOS管的发展趋势之一。
虽然MOS管发展迅速,应用范围广,市场大。但是MOS管本身也存在不足之处,有待改善。
其一就是MOS管容易被击穿,MOS管被击穿的原因一般分为以下几种情况:
一、MOS管本身的输入电阻很高,而栅-源极间电容又非常小,所以极易受外界电磁场或静电的感应而带电,而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压(U=Q/C),将管子损坏。
二、MOS电路输入端的保护二极管,其导通时电流容限一般为1mA 在可能出现过大瞬态输入电流(超过10mA)时,应串接输入保护电阻,否则也会令MOS管出现击穿现象。
三、焊接时电烙铁必须可靠接地,以防漏电击穿器件输入端,一般使用时,可断电后利用电烙铁的余热进行焊接,并先焊其接地管脚。其二是器件本身会吸附灰尘,从而改变了线路间的阻抗会影响元件的寿命,另外元件还会因为电场或电流的影响而破坏元件的,使其无法工作,因瞬间的电场软击穿或电流产生过热,使元件受伤,虽然仍能工作,但是寿命受损。如果元件轻微受损,在正常测试中不易被发现,在这种情形下,常会因经过多次加工,甚至已在使用时,才被发现破坏,不但检查不易,而且损失亦难以预测。按损伤的严重程度静电损害有多种形式,最严重的也是最容易发生的是输入端或输出端的完全破坏以至于与电源端 VDD GND 短路或开路,器件完全丧失了原有的功能。稍次一等严重的损害是出现断续的失效或者是性能的退化,那就更难察觉。还有一些静电损害会使泄漏电流增加导致器件性能变坏。静电对电子元件产生的危害不亚于严重火灾和爆炸事故的损失。
其三温度也是MOS管的一大杀手,Mos管发热,主要原因之一是寄生电容在频繁开启关闭时,显现交流特性而具有阻抗,形成电流。有电流就有发热,并非电场型的就没有电流。另一个原因是当栅极电压爬升缓慢时,导通状态要“路过”一个由关闭到导通的临界点,这时,导通电阻很大,发热比较厉害。第三个原因是导通后,沟道有电阻,过主电流,形成发热。由于CPU频率的提高,MOS管需要承受的电流也随着增强,提供近百A的电流已经很常见了。如此巨大的电流通过时产生的热量当然使MOS管“发烧”了。为了MOS管的安全,除给MOS管安装散热片外,还需通过其它方法降低MOS管的温度。
随着中国经济的逐步发展,中国在世界MOS管舞台上的地位日益重要。技术总是不断地进步的,新材料、新结构层出不穷,传统MOS器件的栅电极大都是高掺杂的多晶硅,但它们和高K栅介质匹配不好。在45nm节点,新的结构采用高K栅介质加金属栅的结构,通过使用专门设计的栅电极材料能够显著地提升性能,这些栅电极材料针对CMOS的n沟道和P沟道MOS晶体管分别进行功函数调节以达到匹配。相信在不久的将来MOS管将会对IC起着愈来愈重要的作用,MOS管也将出现跨越式的发展。