1.MOSFET的工作原理

MOSFET的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金屬氧化物半導體(ti) ），FET（Field Effect Transistor場效應晶體(ti) 管），即以金屬層（M）的柵極隔著氧化層（O）利用電場的效應來控製半導體(ti) （S）的場效應晶體(ti) 管。

功率場效應晶體(ti) 管也分為(wei) 結型和絕緣柵型,但通常主要指絕緣柵型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET）,簡稱功率MOSFET（Power MOSFET）。結型功率場效應晶體(ti) 管一般稱作靜電感應晶體(ti) 管（Static Induction Transistor——SIT）。其特點是用柵極電壓來控製漏極電流，驅動電路簡單，需要的驅動功率小，開關(guan) 速度快，工作頻率高，熱穩定性優(you) 於(yu) GTR，但其電流容量小，耐壓低，一般隻適用於(yu) 功率不超過10kW的電力電子裝置。

2.功率MOSFET的結構和工作原理

功率MOSFET的種類：按導電溝道可分為(wei) P溝道和N溝道。按柵極電壓幅值可分為(wei) ；耗盡型；當柵極電壓為(wei) 零時漏源極之間就存在導電溝道，增強型；對於(yu) N（P）溝道器件，柵極電壓大於(yu) （小於(yu) ）零時才存在導電溝道，功率MOSFET主要是N溝道增強型。

2.1.功率MOSFET的結構

功率MOSFET的內(nei) 部結構和電氣符號如圖1所示；其導通時隻有一種極性的載流子（多子）參與(yu) 導電，是單極型晶體(ti) 管。導電機理與(yu) 小功率MOS管相同，但結構上有較大區別，小功率MOS管是橫向導電器件，功率MOSFET大都采用垂直導電結構，又稱為(wei) VMOSFET（Vertical MOSFET），大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。

功率MOSFET的結構圖

按垂直導電結構的差異，又分為(wei) 利用V型槽實現垂直導電的VVMOSFET和具有垂直導電雙擴散MOS結構的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET），本文主要以VDMOS器件為(wei) 例進行討論。

功率MOSFET為(wei) 多元集成結構，如國際整流器公司（International Rectifier）的HEXFET采用了六邊形單元；西門子公司（Siemens）的SIPMOSFET采用了正方形單元；摩托羅拉公司（Motorola）的TMOS采用了矩形單元按“品”字形排列。

2.2.功率MOSFET的工作原理

截止：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。

2.3.功率MOSFET的基本特性

2.3.1靜態特性MOSFET的轉移特性和輸出特性。

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。

2.3.2動態特性MOSFET其測試電路和開關(guan) 過程。

開通過程；開通延遲時間td(on) —Up前沿時刻到UGS=UT並開始出現iD的時刻間的時間段；上升時間tr— UGS從(cong) UT上升到MOSFET進入非飽和區的柵壓UGSP的時間段；iD穩態值由漏極電源電壓UE和漏極負載電阻決(jue) 定。UGSP的大小和iD的穩態值有關(guan) ，UGS達到UGSP後，在up作用下繼續升高直至達到穩態，但iD已不變。開通時間ton—開通延遲時間與(yu) 上升時間之和。

關(guan) 斷延遲時間td(off) —Up下降到零起，Cin通過RS和RG放電，UGS按指數曲線下降到UGSP時，iD開始減小為(wei) 零的時間段。下降時間tf— UGS從(cong) UGSP繼續下降起，iD減小，到UGS

2.3.3MOSFET的開關(guan) 速度

MOSFET的開關(guan) 速度和Cin充放電有很大關(guan) 係，使用者無法降低Cin，但可降低驅動電路內(nei) 阻Rs減小時間常數，加快開關(guan) 速度，MOSFET隻靠多子導電，不存在少子儲(chu) 存效應，因而關(guan) 斷過程非常迅速，開關(guan) 時間在10～100ns之間，工作頻率可達100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的。

場控器件靜態時幾乎不需輸入電流。但在開關(guan) 過程中需對輸入電容充放電，仍需一定的驅動功率。開關(guan) 頻率越高，所需要的驅動功率越大。