功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的特點(diǎn)_功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的參數(shù)

功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工作原理

MOSFET的類型很多，按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道；根據(jù)柵極電壓與導(dǎo)電溝道出現(xiàn)的關(guān)系可分為耗盡型和增強(qiáng)型。功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管一般為N溝道增強(qiáng)型。從結(jié)構(gòu)上看，功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管與小功率的MOS管有比較大的差別。小功率MOS管的導(dǎo)電溝道平行于芯片表面，是橫向?qū)щ娖骷?。而P-MOSFET常采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，稱VMOSFET（Vertical MOSFET），這種結(jié)構(gòu)可提高M(jìn)OSFET器件的耐電壓、耐電流的能力。圖1給出了具有垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)散MOS結(jié)構(gòu)的VD-MOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET）單元的結(jié)構(gòu)圖及電路符號(hào)。一個(gè)MOSFET器件實(shí)際上是由許多小單元并聯(lián)組成。

如圖1所示，MOSFET的三個(gè)極分別為柵極G、漏極D和源極S。當(dāng)漏極接正電源，源極接負(fù)電源，柵源極間的電壓為零時(shí)，P基區(qū)與N區(qū)之間的PN結(jié)反偏，漏源極之間無(wú)電流通過(guò)。如在柵源極間加一正電壓UGS，則柵極上的正電壓將其下面的P基區(qū)中的空穴推開(kāi)，而將電子吸引到柵極下的P基區(qū)的表面，當(dāng)UGS大于開(kāi)啟電壓UT時(shí)，柵極下P基區(qū)表面的電子濃度將超過(guò)空穴濃度，從而使P型半導(dǎo)體反型成N型半導(dǎo)體，成為反型層，由反型層構(gòu)成的N溝道使PN結(jié)消失，漏極和源極間開(kāi)始導(dǎo)電。UGS數(shù)值越大，P-MOSFET導(dǎo)電能力越強(qiáng)，ID也就越大。

功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的特點(diǎn)

（1）開(kāi)關(guān)速度非?？?。VMOSFET為多數(shù)載流子器件，不存在存貯效應(yīng)，故開(kāi)關(guān)速度快，其一般低壓器件開(kāi)關(guān)時(shí)間為10ns數(shù)量級(jí)，高壓器件為100ns數(shù)量級(jí)，適擴(kuò)合于做高頻功率開(kāi)關(guān)。

（2）高輸入阻抗和低電平驅(qū)動(dòng)。VM0S器件輸入阻抗通常10（7）Ω以上，直流驅(qū)動(dòng)電流為0.1μA數(shù)量級(jí)，故只要邏輯幅值超過(guò)VM0S的閾值電壓（3.5～4V），則可由CM0S和LSTTL及標(biāo)準(zhǔn)TTL等器件直接驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。

（3）安全工作區(qū)寬。VM0S器件無(wú)二次擊穿，安全工作區(qū)由器件的峰值電流、擊穿電壓的額定值和功率容量來(lái)決定，故工作安全，可靠性高。

（4）熱穩(wěn)定性高。VMOS器件的最小導(dǎo)通電壓由導(dǎo)通電阻決定，其低壓器件的導(dǎo)通電阻很小，但且隨著漏極-源極間電壓的增大而增加，即漏極電流有負(fù)的溫度系數(shù)，使管耗隨溫度的變化得到一定的自補(bǔ)償。

（5）易于并聯(lián)使用。VM0S器件可簡(jiǎn)單并聯(lián)，以增加其電流容量，而雙極型器件并聯(lián)使用需增設(shè)均流電阻、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)匹配及其他額外的保護(hù)裝置。

（6）跨導(dǎo)高度線性。VM0S器件是一種短溝道器件，當(dāng)UGS上升到一定值后，跨導(dǎo)基本為一恒定值，這就使其作為線性器件使用時(shí)，非線性失真大為減小。

（7）管內(nèi)存在漏源二極管。VM0S器件內(nèi)部漏極-源極之間寄生一個(gè)反向的漏源二極管，其正向開(kāi)關(guān)時(shí)間小于10ns，和快速恢復(fù)二極管類似也有一個(gè)100ns數(shù)量級(jí)的反向恢復(fù)時(shí)間。該二極管在實(shí)際電路中可起鉗位和消振作用。

（8）注意防靜電破壞。盡管VM0S器件有很大的輸入電容，不像一般MOS器件那樣對(duì)靜電放電很敏感，但由于它的柵極-源極間最大額定電壓約為±20V，遠(yuǎn)低于100～2500V的靜電電壓，因此，要注意采取防靜電措施，即運(yùn)輸時(shí)器件應(yīng)放于抗靜電包裝或?qū)щ姷呐菽芰现?拿取器件時(shí)要戴接地手鐲，最好在防靜電工作臺(tái)上操作;焊接要用接地電烙鐵;在柵極-源極間應(yīng)接一只電阻使其保持低阻抗，必要時(shí)并聯(lián)穩(wěn)壓值為20V的穩(wěn)壓二極管加以保護(hù)。

功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的參數(shù)

（1） 漏源擊穿電壓UDS：決定了功率MOSFET的最高工作電壓。

（2） 柵源擊穿電壓UGS ：表征功率MOSFET柵源之間能承受的最高電壓。該參數(shù)很重要：因?yàn)槿梭w常常帶有高壓靜電，所以在接觸MOS型器件，包括電力MOSFET、普通MOSFET、MOS型集成電路時(shí)，可以先用手接觸一下接地的導(dǎo)體，將身體的靜電放掉，否則容易將GS間的絕緣層擊穿。另外，在用烙鐵焊MOS型器件時(shí)，應(yīng)將烙鐵加熱后，拔下電源插座，再焊器件。

（3） 漏極最大電流ID：表征功率MOSFET的電流容量。一般廠家給定的漏極直流（額定）電流ID 是外殼溫度為25度時(shí)的值，所以要考慮裕量，一般為3-5倍。

（4） 開(kāi)啟電壓UT：又稱閾值電壓，指功率MOSFET流過(guò)一定量的漏極電流時(shí)的最小柵源電壓。

（5） 通態(tài)電阻Ron：通態(tài)電阻Ron是指在確定柵源電壓UGS下，功率MOSFET處于恒流區(qū)時(shí)的直流電阻，是影響最大輸出功率的重要參數(shù)。

（6） 極間電容：功率MOSFET的極間電容是影響其開(kāi)關(guān)速度的主要因素。其極間電容分為兩類；一類為CGS和CGD，它們由MOS結(jié)構(gòu)的絕緣層形成的，其電容量的大小由柵極的幾何形狀和絕緣層的厚度決定；另一類是CDS，它由PN結(jié)構(gòu)成，其數(shù)值大小由溝道面積和有關(guān)結(jié)的反偏程度決定。

一般生產(chǎn)廠家提供的是漏源短路時(shí)的輸入電容Ci、共源極輸出電容Cout及反饋電容Cf，它們與各極間電容關(guān)系表達(dá)式為：Ci＝CGS＋CGD Cout＝CDS＋CGD Cf＝CGD，顯然，Ci﹑Cout和Cf均與漏源電容CGD有關(guān)。