一看就懂的场效应管原理

摘要本文系统讲解MOSFET的基础知识涵盖其工作原理、分类方式、内部结构以及导电沟道的形成机制帮助读者快速建立对功率MOS管的核心认知。目录1、MOS基础概述2、MOS管种类3、内部结构4、沟道形成机制下续功率MOSFET应用手册1、MOS基础概述MOSFET全称为金属氧化物半导体场效应晶体管Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor是通过在金属层一般为铝的栅极与源极之间施加电压利用电场效应来控制半导体材料内部导电沟道的开启与关闭的晶体管。MOSFET的特点在于其栅极与源极、栅极与漏极之间均采用了SiO2绝缘层进行隔离因此也被称为绝缘栅型场效应管。除了MOSFET外还有一种称为结型场效应晶体管Static Induction Transistor简称SIT的器件它同样利用栅极电压来控制漏极电流。SIT具有驱动电路简单、驱动功率小、开关速度快、工作频率高以及热稳定性优于GTR等优点但其电流容量相对较小耐压能力也较低。MOSFET则广泛应用于开关和驱动器领域其工作状态多为开关状态。在功率MOSFET中大多数都是增强型MOSFET。这些器件通过大量的小型MOS单元称为“胞”在硅片上并联而成从而实现大规模集成功率开关。每个胞的电流并不大但多数量MOS并联后可以开关大电流。▼此外MOS的寄生二极管还具有一定的电压击穿耐受能力即雪崩耐量这通常以EAR可重复雪崩耐量和EAS单次雪崩耐量来表示。图1.1 单次雪崩耐量有关雪崩耐量的介绍与计算移步功率MOSFET应用手册。2、MOS管种类MOS管可以按照结构、导电沟道类型以及栅极电压幅值进行分类。结构分类结型和绝缘栅型导电沟道类型P沟道和N沟道栅极电压幅值分类耗尽型和增强型耗尽型在栅极不加电压时就能导电的器件。耗尽型MOS管在栅极G不加电压时就已经存在导电沟道。增强型在栅极不加电压时不导电只有当栅极电压大于阈值电压时才能出现导电沟道的器件。增强型MOS管只有在栅极电压达到开启电压Vgs(th)后才会出现导电沟道。▼图2.1展示了耗尽型和增强型MOS管的区分其中虚线代表沟道未建立仍需增加电场以增强为增强型实线代表沟道已经建立此时最盛需要反向电场慢慢削减为耗尽型。图2.1 耗尽型和增强型的区分3、内部结构以NMOS场效应管为例其内部结构如图3.1所示。该器件以一块低掺杂的P型硅片为衬底通过扩散工艺制作两个高掺杂的N区分别作为源极S和漏极D。▼在半导体上制作一层SiO2绝缘层再在SiO2上面制作一层金属铝Al并引出作为栅极G如图3.1所示。图3.1 NMOS场效应管内部结构▼由于绝缘层较薄栅源电压Vgs通常低于漏源电压Vds如图3.2所示。图3.2 UMW AO3400A规格书截图▼在实际应用中通常将衬底与源极接在一起使用。图3.3 NMOS场效应管内部结构这样栅极和衬底就相当于电容的两个极板中间是绝缘层。▼MOS管输入输出电容图3.4 UMW AO3400A规格书截图当栅源电压变化时会改变衬底靠近绝缘层处感应电荷的多少从而控制漏极电流的大小。4、沟道形成机制▼当栅极与源极之间不加电压Vgs 0时漏极与源极之间是两个背向的PN结如图4.1所示。无论漏源电压Vds的极性如何总有一个PN结为反偏状态因此无法形成导电沟道。源极S与衬底B连接在一起所以左边的寄生二极管相当于短路只保留右边的寄生二极管从S指向D。图4.1 Vgs无电压状态▼当栅源电压Vgs大于阈值电压【Vgs(th)】且漏源电压Vds为零时由于SiO2绝缘层的存在栅极电流为零。但栅极金属层会聚集正电荷这些正电荷排斥P型衬底靠近SiO2一侧的空穴形成耗尽层。图4.2 耗尽层▼当给栅极施加电压时金属板上产生电场将P区内的电子吸引到绝缘层附近。随着自由电子数量的增加逐渐在绝缘层附近形成N沟道。这个N沟道取代了原来P型半导体中的空穴位置使得原来的PN结不复存在。因此在栅极施加电压后器件导通。场效应管原理的ppt原文件https://download.csdn.net/download/liht_1634/89815759。掌握各种技巧、方法和工具与此同时培养起自己的核心技能提高自己的稀缺性和不可替代性。觉得不错动动发财的小手点个赞哦