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MOSFET基础

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资料介绍

MOSFET基础 对mosfet基础知识进行详细阐述

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AN-9010  
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 Shockely1952年引入了  
结型场效应晶体管(JFET)DaceyRoss1953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  
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  
19863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  
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JFETN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VMOSFETDMOSFET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  
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  
3.  
(b) DMOSFET垂直  
© 2000 飞兆半导体公司  
修订版 1.0.5 9/19/13  
2
 
 

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