绝缘栅场效应晶体管
绝缘栅场效应晶体管
场效应晶体管（Field Effect Transistor，FET）是另一类重要的微电子器件。这是一种电压控制型多子导电器件，又称为单极型晶体管。这种器件与双极型晶体管相比，有以下优点
①输入阻抗高；
②温度稳定性好；
③噪声小；
④大电流特性好；
⑤无少子存储效应，开关速度高；
⑥制造工艺简单；
⑦各管之间存在天然隔离，适宜于制作VLSI 。
肖特基势垒栅场效应晶体管（绝缘栅场效应晶体管（
JFET 和MESFET 的工作原理相同。以JFET 为例，用一个低掺杂的半导体作为导电沟道，在半导体的一侧或两侧制作PN 结，并加上反向电压。利用PN 结势垒区宽度随反向电压的变化而变化的特点来控制导电沟道的截面积，从而控制沟道的导电能力。两种FET 的不同之处仅在于，JFET 是利用PN 结作为控制栅，而MESFET 则是利用金-半结（肖特基势垒结）来作为控制栅。
IGFET 的工作原理略有不同，利用电场能来控制半导体的
表面状态，从而控制沟道的导电能力。
根据沟道导电类型的不同，每类FET 又可分为N沟道器件和P沟道器件。
MOSFET 基础
绝缘栅场效应晶体管按其早期器件的纵向结构又被称为“金属-氧化物-半导体场效应晶体管”，简称为MOSFET ，但现在这种器件的栅电极实际不一定是金属，绝缘栅也不一定是氧化物，但仍被习惯地称为MOSFET 。
MOSFET 的结构
P 型衬底
以N 沟道MOSFET 为例，
当V
GS
< V T（称为阈电压）时，N型的源区与漏区之间隔
着P型区，且漏结反偏，故无漏极电流。当V
GS
>V T 时，栅下的P型硅表面发生强反型，形成连通源、漏区的N型沟道，
在V
DS 作用下产生漏极电流I
D
。对于恒定的V
DS
，V
GS
越大，
沟道中的电子就越多，沟道电阻就越小，I
D
就越大。
所以MOSFET 是通过改变V
GS
来控制沟道的导电性，从
而控制漏极电流I
D ，是一种电压控制型器件。
MOSFET 的工作原理
I D
V T
P 沟道MOSFET 的特性与N 沟道MOSFET 相对称，即：
(1) 衬底为N 型，源漏区为P +型。
(2) V GS 、V DS 的极性以及I D 的方向均与N 沟相反。
(3) 沟道中的可动载流子为空穴。
(4) V T < 0 时称为增强型（常关型），V T > 0 时称为耗尽型（常开型）。
MOSFET 的类型
①线性区
当V
DS 很小时，沟道就象一个阻值与V
DS
无关的固定电阻，
这时I
D 与V
DS
成线性关系，如图中的OA 段所示。
输出特性曲线：V
GS
> V T 且恒定时的V DS~I D曲线。可分为以下4
段
MOSFET 的输出特性
②过渡区
随着V
DS
增大，漏附近的沟道变薄，沟道电阻增大，曲线
逐渐下弯。当V
DS 增大到V
Dsat
( 饱和漏源电压)时，漏端处的
可动电子消失，这称为沟道被夹断，如图中的AB 段所示。
线性区与过渡区统称为非饱和区，有时也统称为线性区。
③饱和区
当V
DS
>V D sat 后，沟道夹断点左移，漏附近只剩下耗尽区。
这时I
D 几乎与V
DS
无关而保持常数I
D sat
，曲线为水平直线，如
图中的BC段所示。
实际上I
D 随V
DS
的增大而略有增大，曲线略向上翘。
④击穿区
当V
DS 继续增大到BV
DS
时，漏结发生雪崩击穿，或者漏源
间发生穿通，I
D
急剧增大，如图中的CD段所示。
将各曲线的夹断点用虚线连接起来，虚线左侧为非饱和区，虚线右侧为饱和区。
以V GS 作为参变量，可得到不同V GS 下的V DS ~ I D 曲线族，这就是MOSFET 的输出特性曲线
。
4 种类型MOSFET 的特性曲线小结
MOSFET 的阈值电压
定义：使栅下的硅表面处开始发生强反型时的栅电压称为阈值电压，记为V T 。
定义：当硅表面处的少子浓度达到或超过体内的平衡多子浓度时，称为表面发生了强反型。
在推导阈值电压的表达式时可以近似地采用一维分析，即认为衬底表面下空间电荷区内的空间电荷完全由栅极与衬底之间的电压所决定，与漏极电压无关。
MOSFET 的阈值电压
下面推导P 型衬底MOS 结构的阈值电压
。
MOS 结构的阈值电压
上图中，0ln 1i
A F i FP >=?=n N q kT E E q ）（φ称为P 型衬底的费米势
DMOS Application Note AN-D15 The following outline explains how to read and use Supertex MOSFET data sheets. The approach is simple and care has been taken to avoid getting lost in a maze of technical jargon. The VN3205 data sheet was chosen as an example because it has the largest choice of packages. The product nomenclature shown applies only to Supertex proprietary products. Advanced DMOS Technology This enhancement-mode (normally-off) DMOS FET transistors utilize a vertical DMOS structure and Supertex’s well-proven silicon-gate manufacturing process. This combination produces devices with the power handling capabilities of bipolar transistors and with the high input impedance and negative temperature coefficient inherent in MOS devices. Characteristic of all MOS structures, these devices are free from thermal runaway and thermally-induced secondary breakdown. Supertex vertical DMOS FETs are ideally suited to a wide range of switching and amplifying applications where high breakdown voltage, high input impedance, low input capacitance, and fast switching speed are desired. Maximum resistance from drain to source when device is fully turned on Drain to source breakdown voltage & drain to gate breakdown voltage Minimum drain current when device is fully turned on Understanding MOSFET Data BV DSS/R DS(ON)I D(ON) BV DGS(max)(min)SOT-89TO-92Quad P-DIP DIE 50V0.3? 3.0A VN3205N8VN3205N3VN3205N6VN3205ND Order Number / Package Ordering Information This section outlines main features of the product N-Channel Enhancement-Mode Vertical DMOS FETs Device Structure V:Vertical DMOS (discretes & quads) D:Vertical Depletion-Mode DMOS discretes T:Low threshold vertical DMOS discretes L:Lateral DMOS discretes Type of Channel ?N-Channel, or ?P-Channel Design Supertex Family number VN3205 Drain-to-Source Breakdown Voltage divided by 10. 05:50V 11/12/01 Supertex Inc. does not recommend the use of its products in life support applications and will not knowingly sell its products for use in such applications unless it receives an adequate "products liability
金属氧化物半导体场效应晶体管 维基百科，自由的百科全书 （重定向自MOSFET） 跳转到：导航, 搜索 汉漢▼ 显示↓ 显微镜下的MOSFET测试用组件。图中有两个栅极的接垫（pads）以及三组源极与漏极的接垫。 金属氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效应晶体管 （Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效应晶体管 （field-effect transistor）。MOSFET依照其“通道”的极性不同，可分为n-type与p-type的MOSFET，通常又称为NMOSFET与PMOSFET，其他简称尚包括NMOS FET、PMOS FET、nMOSFET、pMOSFET等。
从目前的角度来看MOSFET的命名，事实上会让人得到错误的印象。因为MOSFET里代表“metal”的第一个字母M，在当下大部分同类的组件里是不存在的。早期MOSFET的栅极（gate electrode）使用金属作为其材料，但随着半导体技术的进步，现代的MOSFET栅极早已用多晶硅取代了金属。 MOSFET在概念上属于“绝缘栅极场效应晶体管”（Insulated-Gate Field Effect Transistor, IGFET）。而IGFET的栅极绝缘层，有可能是其他物质，而非MOSFET使用的氧化层。有些人在提到拥有多晶硅栅极的场效应晶体管组件时比较喜欢用IGFET，但是这些IGFET多半指的是MOSFET。 MOSFET里的氧化层位于其通道上方，依照其操作电压的不同，这层氧化物的厚度仅有数十至数百埃（?）不等，通常材料是二氧化硅（silicon dioxide, SiO2），不过有些新的高级制程已经可以使用如氮氧化硅（silicon oxynitride, SiON）做为氧化层之用。 今日半导体组件的材料通常以硅（silicon）为首选，但是也有些半导体公司发展出使用其他半导体材料的制程，当中最著名的例如IBM 使用硅与锗（germanium）的混合物所发展的硅锗制程 （silicon-germanium process, SiGe process）。而可惜的是很多拥有良好电性的半导体材料，如砷化镓（gallium arsenide, GaAs），因为无法在表面长出品质够好的氧化层，所以无法用来制造MOSFET 组件。
如何看懂MOSFET规格书 作为一个电源方面的工程师、技术人员，相信大家对MOSFET 都不会陌生。在电源论坛中，关于MOSFET 的帖子也应有尽有：MOSFET 结构特点/工作原理、MOSFET 驱动技术、MOSFET 选型、MOSFET 损耗计算等，论坛高手、大侠们都发表过各种牛贴，我也不敢在这些方面再多说些什么了。 工程师们要选用某个型号的MOSFET，首先要看的就是规格书/datasheet，拿到MOSFET 的规格书/datasheet 时，我们要怎么去理解那十几页到几十页的内容呢本帖的目的就是为了和大家分享一下我对MOSFET 规格书/datasheet 的理解和一些观点，有什么错误、不当的地方请大家指出，也希望大家分享一下自己的一些看法，大家一起学习。PS: 1. 后续内容中规格书/datasheet 统一称为datasheet2. 本帖中有关MOSFET datasheet 的数据截图来自英飞凌IPP60R190C6 datasheet1VDSDatasheet 上电气参数第一个就是V(BR)DSS，即DS 击穿电压，也就是我们关心的MOSFET 的耐压 此处V(BR)DSS的最小值是600V，是不是表示设计中只要MOSFET上电压不超过600V MOSFET就能工作在安全状态
相信很多人的答案是“是!”，曾经我也是这么认为的，但这个正确答案是“不是!” 这个参数是有条件的，这个最小值600V是在Tj=25℃的值，也就是只有在Tj=25℃时，MOSFET上电压不超过600V 才算是工作在安全状态。 MOSFET V(BR)DSS是正温度系数的，其实datasheet上有一张V(BR)DSS 与Tj的关系图(Table 17)，如下：要是电源用在寒冷的地方，环境温度低到-40℃甚至更低的话，MOSFET V(BR)DSS值 所以在MOSFET使用中，我们都会保留一定的VDS的电压裕量，其中一点就是为了考虑到低温时MOSFET V(BR)DSS值变小了，另外一点是为了应对各种恶例条件下开关机的VDS电压尖峰。2ID相信大家都知道MOSFET 最初都是按xA, xV 的命名方式（比如20N60~），慢慢的都转变成Rds(on)和电压的命名方式(比如IPx60R190C6, 190 就是指Rds(on)~).其实从电流到Rds(on)这种命名方式的转变就表明ID 和Rds(on)是有着直接联系的，那么它们之间有什么关系呢在说明ID 和Rds(on)的关系之前，先得跟大家聊聊封装和结温：1). 封装：影响我们选择MOSFET 的条件有哪些a) 功耗跟散热性能-->比如：体积大的封装相比体积小的封装能够承受更大的损耗；铁封比塑封的散热性能更好.b) 对于
MOSFET基本认识及分类 来源:电源谷作者:Blash MOSFET 是英文MetalOxide Semicoductor Field Effect Transistor 的缩写，译成中文是“金属氧化物半导体场效应管”。它是由金属、氧化物(SiO2或SiN) 及半导体三种材料制成的器件。按沟道半导体材料的不同，MOSFET 分为N 沟道和P 沟道两种。按导电方式来划分，又可分成耗尽型与增强型。 耗尽型与增强型主要区别是在制造SiO2绝缘层中有大量的带电离子。以P 型耗尽型MOSFET 为例，SiO2绝缘层中有大量的正离子，使在P 型衬底的界面上感应出较多的负电荷，即在两个N 型区中间的P 型硅内形成N 型导电沟道，所以在VGS ＝0 时，有VDS 作用时也有一定的ID(IDSS) ；当VGS 有电压时( 可以是正电压或负电压) ，改变感应的负电荷数量，从而改变ID 的大小。VP 为ID ＝0 时的VGS ，称为夹断电压。 MOSFET 的种类与其导通特性如图1 所示： 图1 MOSFET 分类及导通特性 (a) N 沟道耗尽型(b) P 沟道耗尽型(c) N 沟道增强型(d) P 沟道增强型 功率MOSFET(Power MOSFET) 是指它能输出较大的工作电流( 几安到几十安) ，用于功率输出级的器件。直到VMOSFET 工艺出现之后，才能制造出输出功率足够大的场效应管。 VMOS 场效应管（VMOSFET ）简称VMOS 管或功率场效应管，其全称为V 型槽MOS 场效应管。它是继MOSFET 之后新发展起来的高效、功率开关器件。它不仅继承了MOS 场效应管输入阻抗高（≥ Ω ）、驱动电流小（0.1 μ A 左右），还具有耐压高（最高可耐压1200V ）、工作电流大（1.5A ～100A ）、跨导线性好、开关速度快等优良特性。因此在电压放大器（电压放大倍数可达数千倍）、功率放大器、开关电源和逆变器中正获得广泛应用。 传统的MOS 场效应管的栅极、源极和漏极大致处于同一水平面的芯片上，其工作电流基本上是沿水平方向流动。VMOS 管则不同，第一，金属栅极采用V 型槽结构；第二，具有垂直导电性。由于漏极是从
MOSFET的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体），FET（Field Effect Transistor场效应晶体管），即以金属层（M）的栅极隔着氧化层（O）利用电场的效应来控制半导体（S）的场效应晶体管。 功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET）,简称功率MOSFET（Power MOSFET）。结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（Static Induction Transistor--SIT）。其特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。 2.功率MOSFET的结构和工作原理 功率MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，功率MOSFET主要是N沟道增强型。 2.1.功率MOSFET的结构 功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示；其导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是单极型晶体管。导电 机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别，小功率MOS管
是横向导电器件，功率MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET, （Vertical MOSFET），大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。 按垂直导电结构的差异，又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET），本文主要以VDMOS器件为例进行讨论。 功率MOSFET为多元集成结构，如国际整流器公司（International Rectifier）的HEXFET采用了六边形单元；西门子公司（Siemens）的SIPMOSFET采用了正方形单元；摩托罗拉公司（Motorola）的TMOS采用了矩形单元按“品”字形排列。 2.2.功率MOSFET的工作原理 截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P基区与N 漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。
功率场效应晶体管MOSFET 1.概述 MOSFET的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体），FET（Field Effect Transistor场效应晶体管），即以金属层（M）的栅极隔着氧化层（O）利用电场的效应来控制半导体（S）的场效应晶体管。 功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET）,简称功率MOSFET（Power MOSFET）。结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（Static Induction Transistor——SIT）。其特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。 2.功率MOSFET的结构和工作原理 功率MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，功率MOSFET主要是N沟道增强型。 2.1功率MOSFET的结构 功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示；其导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是单极型晶体管。导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别，小功率MOS管是横向导电器件，功率MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET （Vertical MOSFET），大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。 按垂直导电结构的差异，又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET），本文主要以VDMOS 器件为例进行讨论。 功率MOSFET为多元集成结构，如国际整流器公司（International Rectifier）的HEXFET 采用了六边形单元；西门子公司（Siemens）的SIPMOSFET采用了正方形单元；摩托罗拉公司（Motorola）的TMOS采用了矩形单元按“品”字形排列。 2.2功率MOSFET的工作原理 截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P基区与N漂移区之间形成的PN结J1 反偏，漏源极之间无电流流过。 导电：在栅源极间加正电压UGS，栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过。但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的少子—电子吸引到栅极下面的P区表面 当UGS大于UT（开启电压或阈值电压）时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。 2.3功率MOSFET的基本特性
MOSFET的分类与区别： JFET是小信号器件，通态电阻大，常用于射频工作场合；MOSFET，特别是功率MOSFET，现在用于功率场合。对于相同的电压和模片区域，P沟道的通态电阻更高，并且价格也更高。所以绝大多数场合使用NMOS；当然，在一些高端驱动的场合，驱动PMOS要简单的多。 虽然MOSFET常用于同步整理中，但不考虑体二极管MOSFET也是双向导通的——漏极到源极、源极到漏极都可以导通电流。在门极和源极之间加一个电压就可以双向导通了。在同步整流中，这个反向导通直接短路体二极管，因为电流和导通电阻RDSon远小于体二极管的压降。 MOSFET的损耗： MOSFET的损耗由三部分组成：导通损耗、开关损耗、及门极充电损耗；先讨论导通损耗。导通损耗： 当MOSFET全部导通时，漏源极之间存在一个电阻，这个损耗功率的大小取决于MOSFET 流过的电流大小：P=I2RDSon。但是，值得注意的是，这个电阻会随着温度的升高而增大（典型的关系是：R(T)=R(25℃)*1.007exp(T-25℃)）;因此要想知道MOSFET内部真是结温，就要计算出总的功率损耗，算出由此引起（乘以热阻）的温升是多少，然后，重新计算基于新的温度条件下的电阻值，反复如此计算，直到计算收敛为止。注意，由于真实的热阻并不是很清楚，这种计算一次迭代就足够精确了。如果一次迭代后不收敛，那么损耗功率可能已经超过器件的承受功率了。 关于RDon，你会发现“逻辑电平”FET存在不足，它们的门极阈值电压确实比普通FET要低，但是正常驱动时，它们的导通电阻较大。典型逻辑电平的FET在VGS为4.5V时RDon 值可能是VGS为10V时的两倍。 门极充电损耗； 虽然没有消耗在MOSFET内部，是由于MOSFET有一个等效的门极电容所引起的。（不管消耗在器件上还是门极驱动电阻上。）虽然电容和门极电压关系是极度非线性函数关系，许多器件手册上给出了门极电压达到一定电平值V时总的门极电荷Qg。那么，频率为fs时，这些门极电容产生的损耗为P=Qg*V*fs。注意这里没有系数0.5。如果实际应用中，驱动门极时真实门极电压与手册中的具体数字不同，把手册中的所给的电荷值和两个驱动电压的比值相乘或许是一个比较好的近似。当实际电压大于手册给出的电压时，这种近似更精确。（对于高手来说，近似估计的限制因素是需要知道到底给米勒电容充电所需要的电荷量） 开关损耗：
MOSFET的基本原理 功率场效应管(Power MOSFET)也叫电力场效应晶体管，是一种单极型的电压控制器件，不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。由于其易于驱动和开关频率可高达500kHz，特别适于高频化电力电子装置，如应用于DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。但因为其电流、热容量小，耐压低，一般只适用于小功率电力电子装置。 一、电力场效应管的结构和工作原理 电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。在电力电子装置中，主要应用N沟道增强型。 电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同，但结构有很大区别。小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件，导电沟道平行于芯片表面，横向导电。电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构，提高了器件的耐电压和耐电流的能力。按垂直导电结构的不同，又可分为2种：V形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET。 电力场效应晶体管采用多单元集成结构，一个器件由成千上万个小的MOSFET组成。N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图，如图1(a)所示。电气符号，如图1(b) 所示。 电力场效应晶体管有3个端子：漏极D、源极S和栅极G。当漏极接电源正，源极接电源负时，栅极和源极之间电压为0，沟道不导电，管子处于截止。如果在栅极和源极之间加一正向电压U GS，并且使U GS大于或等于管子的开启电压U T，则管子开通，在漏、源极间流过电流I D。U GS超过U T越大，导电能力越强，漏极电流越大。 二、电力场效应管的静态特性和主要参数 Power MOSFET静态特性主要指输出特性和转移特性，与静态特性对应的主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流和栅极开启电压等。 1、静态特性
Power MOSFET Technical Training Datasheet Overview Giovanni Privitera Senior Product Engineer MOSFET & IGBT DIVISION giovanni.privitera@https://www.doczj.com/doc/3518956053.html,
Maximum Ratings Represent the extreme capability of the devices.To be used as worst conditions (single parameter) that the design should guarantee will not be exceeded. [only VDS & VDGR may be exceeded in limited avalanche conditions]Never exceed !!!!!!!!!!!!
The avalanche breakdown voltage of ST’s PowerMOSFET is always higher than its voltage rating due to normal production process margins. In order to achieve high forecasted reliability the worst case operating voltage should be lower than the maximum one. The maximum voltage during turn off should not exceed 70 to 90% of the rated voltage. This derating is suggested by the years of experience.For the Drain-Gate Voltage capability (Rgs to avoid floating gate)
功率MOSFET教程 作者：Jonathan Dodge Microsemi Corporation 众所周知，由于采用了绝缘栅，功率MOSFET器件只需很小的驱动功率，且开关速度优异。可以说具有“理想开关”的特性。其主要缺点是开态电阻(R DS(on))和正温度系数较高。本教程阐述了高压N型沟道功率MOSFET的特性，并为器件选择提供指导。最后，解释了Microsemi公司Advanced Power Technology (ATP) MOSFET的数据表。 功率MOSFET结构 图1为APT N型沟道功率MOSFET剖面图(本文只讨论N型沟道MOSFET)。在栅极和源极间加正压，将从衬底抽取电子到栅极。如果栅源电压等于或者高于阈值电压，栅极下沟道区域将积累足够多的电子从而产生N型反型层；在衬底形成导电沟道(MOSFET被增强)。电子在沟道内沿任意方向流动。电子从源极流向漏极时，产生正向漏极电流。沟道关断时，正向漏极电流被阻断，衬底与漏极之间的反偏PN结维持漏源之间的电势差。对于N型MOSFET，正向导通时，只有电子流，没有少子。开关速度仅受限于MOSFET内寄生电容的充电和放电速率。因此，开关速率可以很快，开关损耗很低。开关频率很高时，这让功率MOSFET具有很高的效率。 图1：N型沟道MOSFET剖面图。 开态电阻 开态电阻R DS(on)主要受沟道、JFET(积累层)、漂移区和寄生效应(多层金属，键和线和封装)等因素的影响电压超过150V时，R DS(on)主要取决于漂移区电阻。
图2：R DS(on)与电流的关系。 高压MOSFET中R DS(on)与电流的相关较弱。电流增大一倍R DS(on)仅提高了6%，见图2。 图3：R DS(on)与温度的关系。 相反，温度对R DS(on)的影响很大。如图3，温度从25℃升高到125℃，开态电阻提高近一倍。图3中曲线的斜率反映了R DS(on)的温度系数，由于载流子仅为多子，该温度系数永远为正。随着温度的升高，正温度系数将使导通损耗按照I2R增大。 功率MOSFET并联时，正的R DS(on)温度系数可以保证热稳定性，这是其很好的特性。然而，不能保证各分路的电流均匀。这一点容易被误解。MOSFET易于并联正是因为其参数的分布狭窄，特别是R DS(on)。并且与正温度系数相结合，可避免电流独占。
什么是耗尽型（ depletion mode）MOSFET 根据导电方式的不同，MOSFET又分增强型、耗尽型。耗尽型是指，当VGS=0时即形成沟道，加上正确的VGS时，能使多数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。 耗尽型MOS场效应管，是在制造过程中，预先在SiO2绝缘层中掺入大量的正离子，因此，在UGS=0时，这些正离子产生的电场也能在P型衬底中“感应”出足够的电子，形成N型导电沟道。 当UDS>0时，将产生较大的漏极电流ID。如果使UGS<0，则它将削弱正离子所形成的电场，使N沟道变窄，从而使ID减小。当UGS更负，达到某一数值时沟道消失，ID=0。使ID=0的UGS我们也称为夹断电压，仍用UP表示。UGS (a) 结构示意图(b) 转移特性曲线 图标区别： 中间G是虚线：增强型，上图实列是N沟道增强型 、 Principle of MOSFET 功率场效应管(Power MOSFET)也叫电力场效应晶体管，是一种单极型的电压控制器件，不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。由于其易于驱动和开关频率可高达500kHz，特别适于高频化电力电子装置，如应用于DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。但因为其电流、热容量小，耐压低，一般只适用于小功率电力电子装置。 一、电力场效应管的结构和工作原理 电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。在电力电子装置中，主要应用N沟道增强型。 电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同，但结构有很大区别。小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件，导电沟道平行于芯片表面，横向导电。电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构，提高了器件的耐电压和耐电流的能力。按垂直导电结构的不同，又可分为2种：V形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET。 电力场效应晶体管采用多单元集成结构，一个器件由成千上万个小的MOSFET组成。N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图，如图1(a)所示。电气符号，如图1(b)所示。 电力场效应晶体管有3个端子：漏极D、源极S和栅极G。当漏极接电源正，源极接电源负时，栅极和源极之间电压为0，沟道不导电，管子处于截止。如果在栅极和源极之间加一正向电压U GS，并且使U GS大于或等于管子的开启电压U T，则管子开通，在漏、源极间流过电流I D。U GS超过U T越大，导电能力越强，漏极电流越大。 二、电力场效应管的静态特性和主要参数 Power MOSFET静态特性主要指输出特性和转移特性，与静态特性对应的主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流和栅极开启电压等。{{分页}} 1、静态特性 （1）输出特性 输出特性即是漏极的伏安特性。特性曲线，如图2(b)所示。由图所见，输出特性分为截止、饱和与非饱和3个区域。这里饱和、非饱和的概念与GTR不同。饱和是指漏极电流I D不随漏源电压U DS的增加而增加，也就是基本保持不变；非饱和是指地U CS 一定时，I D随U DS增加呈线性关系变化。 （2）转移特性 如何使用MOSFET[工程实践] 看到许多的朋友对MOSFET不是很熟悉,我简单的给大家介绍一下,以后如果有时间,再详细讨论. 金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-O xide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET）是一种可以广泛使用在类比电路与数位电路的场效晶体管（field-effect transistor）。MOSFET依照其“通道”的极性不同，可分为n-type与p-type的MOSF ET，通常又称为NMOSFET与PMOSFET. MOSFET是一个时代产物,他开关速度快/输入阻抗大/热稳定性好等等优点,已经成为工程师们的首选.如果非要说说MOSFET的缺点,就是他容易被静电破坏,复杂电路中驱动电路比较繁琐(这个就是我们接下来要着重讨论的). 我们先看看MOSFET的模样和符号: 第一个就是我常用的IRF3205,TO-220封装.同样的N沟道MOSFET还有I RF530等等,P沟道的,我们常用的是IRF9540.当然,MOSFET的型号太多太多了, 国内的MOSFET也是多如牛毛,我之所以说这两种型号,是因为这两种从哪里都能买到,方便讨论,我们也使用许多其他的型号,大多直接和厂家联系的,不方便购买.MOSFET还有很多其他的封装形式,包括小功率的贴片封装. 接下来,说说MOSFET的特点: （1）开关速度非常快。 （2）高输入阻抗和低电平驱动。 这个特点是什么意思呢,意思就是MOSFET是电压驱动型器件,他不像三极管那样,是对电流的放大,三极管的基极必须有电流流入,三极管才能工作.而MO SFET的输入阻抗高达10的7次方,这就意味着,你只要在MOSFET的门极(G)上加一个高电平(当然,电压要高点,最好在10V左右),MOSFET就会导通,你完 全不需要考虑驱动能力的问题,因为根本就没有电流从门极流入.这里需要注意的是,MOSFET的门极驱动电压也不是没有要求的,如果你的驱动电压过低, 比如说3V,就会造成MOSFET的导通阻值增大,其实就是没有完全导通,这个时候MOSFET就会发热严重,甚至烧毁.其实,说到导通不得不说说MOSFET的这个大优点,就是他正常导通的时候,正向导通电阻极其的小,只有0.01欧姆,是不是很带劲. （3）安全工作区宽。 （4）热稳定性高。 （5）易于并联使用。 （6）跨导高度线性。 （7）管内存在漏源二极管。 这个有必要说一说,MOSFET的符号是我们前面提到的图不假,但是实际中的MOSFET内部电路不是这样的.我们来看看IRF3205的DataSheet里面的说 明: 朋友们看出哪里不同了吗?对了,在实际的MOSFET中会有一个续流二极管,这个二极管反接在MOSFET的DS之间,起到回路续流的作用,我们就不需要再外接续流二极管了.其实,这个二极管是由于MOSFET的内部结构形成的,并不是厂家特意要加上去的,倒是没有续流二极管的MOSFET不常见(我是没有用过,也没有见过,不知道有没有).有了这个续流二极管就意味着什么呢?除了省了一个二极管,最主要的是,如果你将DS接反,就会出现你不能关断MOSFET的情况. MOSFET简析 极限值 极限值即意味着器件能常受到及抵挡住的最大电压力和热压力。这就需要在器件的设计系统中仔细考虑不能超出极限值和压力所施加在器件上造成期间的永久性的损坏。 BV DSS(V)：漏源电压 BV DSS被外延片的电阻率和厚度所决定。 如图1中所示，BV DSS被测量在源极与栅极短接且漏极与源极 为一个反向偏置的典型电路中。与双极型晶体管不同，这里 不存在有二次击穿效应。 一些应用中常用到高压MOSFET，MOSFET的BV DSS在 一个时期的一定时间后可能下降，因此为了防止这种现象， 设计系统可能被设计了足够的BV DSS的增益；另一种预防的 办法是经常被使用的比BV DSS的电压低一个等级的钳位二极 管。当然结温度的升高也会引起BV DSS电压的增高。 I D(A)@25℃:漏极电流图1.N沟道BV DSS测试电路 最大电流就是器件工作在环境温度为25摄氏度的值。 这个参量受以下参数的影响（如图2） ①R DS(on)：导通电阻 ②Pd：最大的封装损耗功率 ③管芯尺寸 ④最大的结温度 以SFP50N06（60V，50A）为例： 其中，Rth(j-c)=1.15；Tc=环境温度；图2.漏极电流与环境温度图 结温度(Tj)=150℃；Rds(on)=漏源间开启静态电阻在Tj=150℃时。 I DM(A):漏极脉冲电流 I DM(A)被定义为器件在工作中受到不连续的250微秒脉冲冲击时的最大电流。通常基于I D(A)的漏极脉冲电流有四次。I DM(A)随着环境温度的变化而变化，它的特性被静态的V DS-I D转移曲线的数据段所显示。 I DM(A)受下列器件参数的影响： ①Rds(on) ②Pd(max) ③焊线的线直径 ④管芯尺寸，最大的结温度 MOSFETs Basics MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) have been used in power electronics applications since thee early 80's due to their appreciable current carrying and off-state voltage blocking capability with low on-state voltage drop. They have managed to replace BJTs in many applications due to their simpler gate drive requirements and higher positive temperature coefficient which allows devices to be paralleled for higher current capabilities. 1. Introduction A number of different types of MOSFET are produced which have slightly different operating mechanisms and characteristics. Figure 1 graphically illustrates the differences between the four different types. Figure 1: The steady state characteristics of different types of MOSFET N-channel enhancement type MOSFETS are the most popular for use in power switching circuits and applications. The drive voltage or voltage applied between gate and source to switch the MOSFET ON must exceed a threshold value V T 4V although values of 10 - 12V are actually needed to ensure the MOSFET is fully switched ON. Reducing the drive voltage to below V T will cause the MOSFET to turn OFF. Various manufacturers produce power MOSFETs under the names HEXFET (National), VMOS (Phillips), SIPMOS (Siemens) and all consist of various physical designs diffused into an epitaxial substrate in multiple parallel configurations. MOSFETs unfortunately although very fast switching cannot support large currents and voltages and develop larger drain-source voltages when ON compared to the V ce_sat of a BJT. Some typical ratings for single MOSFETs are: Table 1: Typical MOSFET ratings I D V DSS R DS V GS (for I D )V T MOSFET 功率场效应晶体管MOSFET 1.概述 MOSFET的原意是：MOS（Metal OxideSemiconductor金属氧化物半导体），FET（FieldEffectTransistor 场效应晶体管），即以金属层（M）的栅极隔着氧化层（O）利用电场的效应来控制半导体（S）的场效应晶体管。 功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Metal OxideSemiconductorFET）,简称功率MOSFET（PowerMOSFET）。结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（StaticInductionTransistor——SIT）。其特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。 2.功率场效应晶体管MOSFET的结构和工作原理 功率MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，功率MOSFET主要是N沟道增强型。 2.1功率MOSFET的结构 功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示；其导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是单极型晶体管。导电机理与小功率mos管相同，但结构上有较大区别，小功率MOS管是横向导电器件，功率MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET（VerticalMOSFET），大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。 按垂直导电结构的差异，又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS 结构的VDMOSFET（VerticalDouble-diffusedMOSFET），本文主要以VDMOS器件为例进行讨论。 功率MOSFET为多元集成结构，如国际整流器公司（InternationalRectifier）的HEXFET采用了六边形单元；西门子公司（Siemens）的SIPMOSFET采用了正方形单元；摩托罗拉公司（Motorola）的TMOS采 MOSFET结构及其工作原理 1.概述 MOSFET的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体），FET（Field Effect Transistor场效应晶体管），即以金属层（M）的栅极隔着氧化层（O）利用电场的效应来控制半导体（S）的场效应晶体管。 功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS 型（Metal Oxide Semiconductor FET）,简称功率MOSFET（Power MOSFET）。结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（Static Induction Transistor——SIT）。其特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR， 但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。 2.功率MOSFET的结构和工作原理 功率MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，功率MOSFET主要是N沟道增强型。 2.1功率MOSFET的结构 功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示；其导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是单极型晶体管。导电机理与小功率mos管相同，但 结构上有较大区别，小功率MOS管是横向导电器件，功率MOSFET 大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET（Vertical MOSFET），大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。MOSFET基本原理
如何使用MOSFET(最易懂的资料)
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