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MOSFET基础
资料介绍
MOSFET基础 对mosfet基础知识进行详细阐述
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MOSFET 基础
区增大的原因是栅极和漏极的反向偏压VDG (=VGS+VDS)比栅
极和源极之间的偏压VGS更高。
概述
由于作为电源应用开关器件的双极性功率晶体管(BPT)
具有几项劣势, 因此开发了功率金属氧化物半导体场
效应晶体管(MOSFET)。功率MOSFET用于开关电源(SMPS)
、计算机外设、汽车和电机控制等应用。持续不断的研
究已使其特性得到改进,从而能取代BJT。本应用指南
大致说明了功率MOSFET并简要介绍了某些飞兆产品的规
格。
Drain
N
VDS
P
P
Gate
公司历史
场效应晶体管(FET)背后的理论自20世纪二三十年代开
始就广为人知,20年后双极结型晶体管才被发明出来。
当时,美国的J.E. Lilienfeld建议了一种晶体管模型
,其每一侧都有两个金属触点,半导体顶部有一块金属
板(铝制)。半导体表面的电场由金属板供应的电压形
成,从而能够控制金属触点间的电流。这就是FET的初
始概念。由于缺乏合适的半导体材料并且技术不成熟,
因此开发速度很慢。William Shockely于1952年引入了
结型场效应晶体管(JFET)。Dacey和Ross在1953年对其
作出了改进。在JFET中,Lilienfeld提出的金属场被P-
N结取代,金属触点被称为源极和漏极,场效应电极被
称为栅极。对小信号MOSFET的研究持续进行着,但在功
率MOSFET设计方面并无任何重大改进,直到20世纪70年
代才引入了新产品。
Source
(a) VGS(栅极至源极电压)未提供
Drain
N
Depletion
region
VDS
P
P
Gate
VGS
1986年3月,由9人组成的飞兆公司开始研究功率MOSFET
。20世纪90年代,飞兆使用平面技术开发了QFET®器件
,使用沟道技术开发了低压PowerTrench®产品。
Source
(b) VGS(栅极至源极电压)已提供
图 1. JFET的结构及其工作原理
1.2. 金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)
1. FET
MOSFET有两种类型,分别为耗尽型和增强型,每种类型
都有N/P–沟道。耗尽型通常开启,工作原理类似JFET
(参。增强型通常关闭,这意味着漏极至源
极电流随栅极的电压上升而上升。如果栅极未提供电压
,则无电流流动。
1.1. 结型场效应晶体管(JFET)
有两种类型的JFET: N沟道型和P沟道型。两者均通过
供应给栅极的电压控制漏极至源极电流。
中所示,如果栅极未提供偏压,则电流会从漏极流向源
极。如果栅极提供偏压,耗尽区会开始增大并减少电流
(b)中所示。与源极耗尽区相比,漏极耗尽
© 2000 飞兆半导体公司
Rev. 1.0.5 • 9/19/13
AN-9010
应用指南
Gate
2. MOSFET的结构
Source
Drain
2.1. 横向沟道设计
N
漏极、栅极和源极端子置于硅晶圆的表面。这非常适合
集成,但不适合获取高额定功率,因为源极和漏极之间
的距离必须足够大,才能实现更好的电压阻断能力。漏
极至源极电流与长度成反比。
P
2.2. 垂直沟道设计
VDS
漏极和源极置于晶圆的相反两端。由于更多的空间可用
作源极,因此这适用于功率器件。由于源极和漏极之间
的长度减小,因此可增加漏极至源极额定电流,并通过
扩大外延层(漏极漂移区)提高电压阻断能力。
(a) VGS栅极至源极电压未提供
VGS
Gate
Source
Drain
1. VMOSFET 设计: 该设计率先投入商业应用,其在栅
极区域有一个V形槽,所示。由于制
造的稳定性问题和V形槽尖端的高电场,VMOSFET被
DMOSFET取代。
N
Depletion
region
P
2. DMOSFET设计: 具有双扩散结构,其中包含P基极区
域和N+ 源极区域,示。这是商业
上最成功的设计。
VDS
3. UMOSFET设计: ,该设计在栅极
区域有一个U形槽。与VMOSFET和DMOSFET相比,更高
的沟道密度减少了导通电阻。采用沟道蚀刻工艺的
UMOSFET设计于上世纪90年代投入商业应用。
(b) VGS(栅极至源极电压)已提供
耗尽型MOSFET的结构及其工作原理
图 2.
G a t e
Source
D r a i n
S o u r c e
N+
N+
N
N
Gate
P- body
P- body
P
N - epitaxial layer
VD S
N+
(a) VGS(栅极至源极电压)未提供
substrate
Drain
VGS
(a) VMOSFET垂直
Gate
Source
Drain
Source
Gate
N
N
P
N+
N+
Channel
P- body
P- body
N - epitaxial layer
VDS
N+
substrate
(b) VGS(栅极至源极电压)已提供
增强型MOSFET的结构及其工作原理
Drain
图 3.
(b) DMOSFET垂直
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