功率MOSFET基础知识分享.pdf

功率MOSFET，全称为金属氧化物半导体场效应晶体管，是电子设备中广泛应用的一种功率半导体器件。自1976年首次开发以来，随着半导体工艺技术的不断发展，功率MOSFET的性能得到了显著提升。如今，它们能够承受高达1000V的工作电压，拥有低至10mΩ的导通电阻，并且工作频率范围从直流扩展到数兆赫。同时，为了适应更紧凑的电子设计，还出现了如Siliconix的1.5mm厚的"Little Foot"系列贴片式功率MOSFET。由于这些优势，功率MOSFET在成本下降的同时，应用领域日益广泛，逐渐取代了传统的双极型晶体管。它们在电脑硬件、电源转换、汽车电子、音频电路以及各种仪器仪表等领域扮演着关键角色。 MOSFET由金属、氧化物（如二氧化硅或氮化硅）和半导体三部分构成，其名称源于其英文名Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor。功率MOSFET主要特点是能够处理较大的工作电流，通常在几安到几十安之间，适用于功率输出级。图1展示了N沟道增强型MOSFET的典型结构，包括P型硅衬底、N型扩散区、二氧化硅绝缘层以及栅极、源极和漏极。其中，栅极与源极、漏极间通过绝缘层隔离，漏极与源极之间存在两个PN结。 MOSFET的工作原理依赖于栅极电压VGS和漏极电压VDS的控制。在没有栅极电压时，N沟道增强型MOSFET的漏源之间不会导电，因为漏极与衬底之间的PN结处于反向偏置状态。当VGS为正电压时，栅极和衬底之间的氧化层感应出正电荷，而衬底表面则感应出负电荷，形成反型层，可能连接两个N型区形成导电沟道。当VGS达到一定阈值电压VT时，反型层足以连通两个N型区，形成N沟道，漏源之间开始有电流ID流动。随着VGS的增加，ID也会相应增加，形成良好的线性关系，这种特性被称为转换特性。增强型MOSFET的特点在于VGS=0时，ID=0；而耗尽型MOSFET即使在VGS=0时，也会有ID（IDSS）存在，因为其内部的正离子在制造过程中已形成了预设的导电沟道。 此外，除了N沟道增强型和耗尽型MOSFET，还有P沟道MOSFET，它们的结构和工作原理类似，只是沟道类型和衬底类型不同。P沟道MOSFET使用N型硅衬底，形成P型导电沟道，其控制电流的方式与N沟道MOSFET相反，即VGS为负电压时导通。 功率MOSFET因其高效、可控的电流调节能力，成为电力电子系统中的核心元件。理解其基本结构和工作原理对于设计和优化电子设备至关重要。随着技术的持续进步，功率MOSFET将在未来的各种应用中发挥更大的作用。