MOSFET工作原理，及其結構和主要參數詳解

• 來源：hth体育官网登录 更新時間：2020-03-10 16:22:26點擊：6次

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  MOSFET工作原理，及其結構和主要參數詳解

  
  

  一、什麽(me) 是MOSFET

  
  

          金屬-氧化物半導體(ti) 場效應晶體(ti) 管，簡稱金氧半場效晶體(ti) 管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一種可以廣泛使用在模擬電路與(yu) 數字電路的場效晶體(ti) 管（field-effect transistor）。MOSFET依照其“通道”（工作載流子）的極性不同，可分為(wei) “N型”與(yu) “P型” 的兩(liang) 種類型，通常又稱為(wei) NMOSFET與(yu) PMOSFET，其他簡稱尚包括NMOS、PMOS等。

  
  

  
  

  二、MOSFET的工作原理

  
  

  

  
  

          漏源極間加正電源，柵源極間電壓為(wei) 零。P基區與(yu) N漂移區之間形成的PN結J1反偏，漏源極之間無電流流過。導電：在柵源極間加正電壓UGS，柵極是絕緣的，所以不會(hui) 有柵極電流流過。但柵極的正電壓會(hui) 將其下麵P區中的空穴推開，而將P區中的少子—電子吸引到柵極下麵的P區表麵當UGS大於(yu) UT（開啟電壓或閾值電壓）時，柵極下P區表麵的電子濃度將超過空穴濃度，使P型半導體(ti) 反型成N型而成為(wei) 反型層，該反型層形成N溝道而使PN結J1消失，漏極和源極導電。功率MOSFET的基本特性靜態特性：

  
  

  

  
  

          漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guan) 係稱為(wei) MOSFET的轉移特性，ID較大時，ID與(yu) UGS的關(guan) 係近似線性，曲線的斜率定義(yi) 為(wei) 跨導Gfs。

  
  

          MOSFET的漏極伏安特性（輸出特性）：截止區（對應於(yu) GTR的截止區）；飽和區（對應於(yu) GTR的放大區）；非飽和區（對應於(yu) GTR的飽和區）。電力 MOSFET工作在開關(guan) 狀態，即在截止區和非飽和區之間來回轉換。電力MOSFET漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時器件導通。電力 MOSFET的通態電阻具有正溫度係數，對器件並聯時的均流有利。動態特性：

  
  

          其測試電路和開關(guan) 過程波形如下圖所示。

  
  

  
  

  
  

  
  

  三、MOSFET的結構

  

  
  

          一個(ge) NMOS晶體(ti) 管的立體(ti) 截麵圖左圖是一個(ge) N型 MOSFET（以下簡稱NMOS）的截麵圖。如前所述，MOSFET的核心是位於(yu) 中央的MOS電容，而左右兩(liang) 側(ce) 則是它的源極與(yu) 漏極。源極與(yu) 漏極的特性必須同為(wei) N型（即NMOS）或是同為(wei) P型（即PMOS）。右圖NMOS的源極與(yu) 漏極上標示的“N+”代表著兩(liang) 個(ge) 意義(yi) ：⑴N代表摻雜（doped）在源極與(yu) 漏極區域的雜質極性為(wei) N；⑵“+”代表這個(ge) 區域為(wei) 高摻雜濃度區域（heavily doped region），也就是此區的電子濃度遠高於(yu) 其他區域。在源極與(yu) 漏極之間被一個(ge) 極性相反的區域隔開，也就是所謂的基極（或稱基體(ti) ）區域。如果是NMOS，那麽(me) 其基體(ti) 區的摻雜就是P型。反之對PMOS而言，基體(ti) 應該是N型，而源極與(yu) 漏極則為(wei) P型（而且是重（讀作zhong）摻雜的P+）。基體(ti) 的摻雜濃度不需要如源極或漏極那麽(me) 高，故在右圖中沒有“+”。

  
  

          對這個(ge) NMOS而言，真正用來作為(wei) 通道、讓載流子通過的隻有MOS電容正下方半導體(ti) 的表麵區域。當一個(ge) 正電壓施加在柵極上，帶負電的電子就會(hui) 被吸引至表麵，形成通道，讓N型半導體(ti) 的多數載流子—電子可以從(cong) 源極流向漏極。如果這個(ge) 電壓被移除，或是放上一個(ge) 負電壓，那麽(me) 通道就無法形成，載流子也無法在源極與(yu) 漏極之間流動。

  
  

          假設操作的對象換成PMOS，那麽(me) 源極與(yu) 漏極為(wei) P型、基體(ti) 則是N型。在PMOS的柵極上施加負電壓，則半導體(ti) 上的空穴會(hui) 被吸引到表麵形成通道，半導體(ti) 的多數載流子—空穴則可以從(cong) 源極流向漏極。假設這個(ge) 負電壓被移除，或是加上正電壓，那麽(me) 通道無法形成，一樣無法讓載流子在源極和漏極間流動。

  
  

          特別要說明的是，源極在MOSFET裏的意思是“提供多數載流子的來源”。對NMOS而言，多數載流子是電子；對PMOS而言，多數載流子是空穴。相對的，漏極就是接受多數載流子的端點。

  
  

  
  

  四、MOSFET的主要參數

  
  

          場效應管的參數很多，包括直流參數、交流參數和極限參數，但一般使用時關(guan) 注以下主要參數：

  
  

          1、IDSS—飽和漏源電流。是指結型或耗盡型絕緣柵場效應管中，柵極電壓UGS=0時的漏源電流。

  
  

          2、UP—夾斷電壓。是指結型或耗盡型絕緣柵場效應管中，使漏源間剛截止時的柵極電壓。

  
  

          3、UT—開啟電壓。是指增強型絕緣柵場效管中，使漏源間剛導通時的柵極電壓。

  
  

          4、gM—跨導。是表示柵源電壓UGS—對漏極電流ID的控製能力，即漏極電流ID變化量與(yu) 柵源電壓UGS變化量的比值。gM是衡量場效應管放大能力的重要參數。

  
  

          5、BUDS—漏源擊穿電壓。是指柵源電壓UGS一定時，場效應管正常工作所能承受的最大漏源電壓。這是一項極限參數，加在場效應管上的工作電壓必須小於(yu) BUDS。

  
  

          6、PDSM—最大耗散功率。也是一項極限參數，是指場效應管性能不變壞時所允許的最大漏源耗散功率。使用時，場效應管實際功耗應小於(yu) PDSM並留有一定餘(yu) 量。

  
  

          7、IDSM—最大漏源電流。是一項極限參數，是指場效應管正常工作時，漏源間所允許通過的最大電流。場效應管的工作電流不應超過IDSM。

  
  

  
  

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