功率場效應晶體管MOSFET結構和工作原理（圖）

12-23 11:23:11

功率場效應晶體管MOSFET種類和結構繁多，按導電溝道可分為 P 溝道和 N 溝道。當柵極電壓為零時漏源極間存在導電溝道的稱為耗盡型；對于 N P ）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時才存在導電溝道的稱為增強型。

在功率MOSFET 中，應用較多的是 N 溝道增強型。功率 MOSFET 導電機理與小功率 MOS 管相同，但在結構上有較多區別。小功率 MOS 管是一次擴散形成的器件，其導電溝道平行于芯片表面，是橫向導電器件。而功率MOSFET 大都采用垂直導電結構，這種結構能大大提高器件的耐壓和通流能力。

什么是場效應管（MOSFET）

“場效應管（MOSFET）是英文MetalOxide Semicoductor Field Effect Transistor的縮寫，譯成中文是“金屬氧化物半導體場效應管”。它是由金屬、氧化物（Si02或SiN）及半導體三種材料制成的器件。所謂功率場效應管（MOSFET）（Power場效應管（MOSFET））是指它能輸出較大的工作電流（幾安到幾十安），用于功率輸出級的器件。

場效應管（MOSFET）的結構

圖1是典型平面N溝道增強型場效應管（MOSFET）的剖面圖。它用一塊P型硅半導體材料作襯底（圖la），在其面上擴散了兩個N型區（圖1b），再在上面覆蓋一層二氧化硅（SiQ2）絕緣層（圖1c），最后在N區上方用腐蝕的方法做成兩個孔，用金屬化的方法分別在絕緣層上及兩個孔內做成三個電極：G（柵極）、S（源極）及D（漏極），如圖1d所示。

從圖1中可以看出柵極G與漏極D及源極S是絕緣的，D與s之間有兩個PN結。

般情況下，襯底與源極在內部連接在一起。

圖1是N溝道增強型場效應管（MOSFED）的基本結構圖。為了改善某些參數的特性，如提高工作電流、提高工作電壓、降低導通電阻、提高開關特性等有不同的結構及工藝，構成所謂VMOS，DMOS，TMOS等結構。圖2是一種N溝道增強型功率場效應管（MOSFET）

的結構圖。雖然有不同的結構，但其工作原理是相同的，這里就不一一介紹了。

場效應管（MOSFET）的工作原理

要使增強型N溝道場效應管（MOSFET）工作，要在G，S之間加正電壓VGS及在D.S之間加正電壓VDS，則產生正向工作電流ID，改變VGS的電壓可控制工作電流ID，如圖3所示（上面1）

若先不接VGS（即VGS-0），在D與S極之間加一正電壓VDS，漏極D與襯底之間的PN結處于反向，因此漏源之間不能導電。如果在柵極G與源極S之間加一電壓VGS，此時可以將柵極與襯底看作電容器的兩個極板，而氧化物絕緣層作為電容器的介質。當加上VGS時，在絕緣層和柵極界面上感應出正電荷，而在絕緣層和P型襯底界面上感應出負電荷（如圖3），這層感應的負電荷和P型襯底中的多數載流子（空穴）的極性相反，所以稱為“反型層”，這反型層有可能將漏與源的兩N型區連接起來形成導電溝道。

當VGS電壓太低時，感應出來的負電荷較少，它將被P型襯底中的空穴中和，因此在這種情況時，漏源之間仍然無電流ID，當VGs增加到.定值時，其感應的負電荷把兩個分離的N區溝通形成N溝道，這個臨界電壓稱為開啟電壓（或稱閾值電壓、門限電壓），用符號VT表示（般規定在ID=10uA時的VGS作為VT），當VGS繼續增大，負電荷增加，導電溝道擴大，電阻降低，ID也隨之增加，并且呈較好線性關系，如圖4所示。此曲線稱為轉換特性。因此在一定范圍內可以認為，改變VGS來控制漏源之間的電阻，達到控制ID的作用。

由于這種結構在VGS-0時，ID-0，稱這種場效應管（MOSFET）為增強型。另一類場效應管（MOSFET），在VGS-0時也有一定的ID（稱為IDSS），這種場效應管（MOSFET）稱為耗盡型。它的結構如圖5所示，它的轉移特性如圖6所示。VP為夾斷電壓（ID=0）.

耗盡型與增強型主要區別是在制造Si02絕緣層中有大量的正離子，使在P型襯底的界面上感應出較多的負電荷，即在兩個N型區中間的P型硅內形成一N型硅薄層而形成一導電溝道，所以在VGS-0時，有VDS作用時也有一定的ID（IDSS）；當VGS有電壓時（可以是正電壓或負電壓），改變感應的負電荷數量，從而改變ID的大小。VP為ID-0時的-VGS.稱為夾斷電壓。

除了上述采用P型硅作襯底形成N型導電溝道的N溝道場效應管（MOSFET）外，也可用N型硅作襯底形成P型導電溝道的P溝道場效應管（MOSFET），這樣，場效應管（MOSFET）的分類如圖所示。