原创 MOSFET的结构和原理

2008-5-7 13:39 5512 8 5 分类: 模拟




MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor )






  特点—— 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


           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。





电力MOSFET的种类


     可分为 P沟道 和N沟道。


     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,栅极电压大于零时才存在导电沟道。


     电力MOSFET主要是N沟道增强型。


   



     电力MOSFET大都采用垂直导电结构,又称为 VMOSFET——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结构的VDMOSFET。





电力MOSFET的结构
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    N沟道FET它以一块掺杂浓度较低的P型硅片作为衬底,利用扩散工艺在P型衬底上面的左右两侧制成两个高掺杂的N区,并用金属铝在两个N区引出电极,分别作为源极(Source)s和漏极(Drain)d;然后在P型硅片表面覆盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层,在漏源极之间的绝缘层上再喷一层金属铝作为栅极(Gate)g;另外在衬底引出衬底引线(Substrate)B(它通常在管内与源极s相连接)。可见这种管子的源极、漏极是绝缘的,故称绝缘栅场效应管。衬底B的箭头方向是PN结正偏时的正向电流方向。



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。



截止:漏源极间加正电源,栅源极间电压为零时,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。


导通:通过特殊工艺加工时在G集成+电荷,当G加上正电压UGS大于UT(开启电压或阈值电压)时,在D,S加形成感生N沟道,如图所示,漏极和源极导电。

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静态特性












漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET的转移特性:

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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.



















 

如上图所示分为三个区:



                截止区


                饱和区


                非饱和区


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。































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