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MOSFET 的原意是: (Metal Oxide Semiconductor 金属氧化物半导体) FET MOS , (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 件的耐压和耐电流能力.
MOSFET),大大提高了 MOSFET 器
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.
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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 2.3.1 静态特性 MOSFET 的转移特性和输出特性如图 2 所示. 漏极电流 ID 和栅源间电压 UGS 的关系称为 MOSFET 的转移特性,ID 较大时,ID 与 UGS 的关系近 似线性,曲线的斜率定义为跨导 Gfs MOSFET 的漏极伏安特性(输出特性):截止区(对应于 GTR 的截止区);饱和区(对应于 GTR 的放大区);非饱和区(对应于 GTR 的饱和区).电力 MOSFET 工作在开关状态,即在截止 区和非饱和区之间来回转换.电力 MOSFET 漏源极之间有寄生二极管,漏源极间加反向电压时器 件导通.电力 MOSFET 的通态电阻具有正温度系数,对器件并联时的均流有利.
(Vertical 件的耐压和耐电流能力.
MOSFET),大大提高了 MOSFET 器
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.
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