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MOSFET的基本原理特点及应用 分类:?应用技术 ?|? 标签:? 电子 摘要：本文主要介绍 mosfet 的基本原理，以及按照其运行原理来分类，最后介绍了其基本运用。 mosfet 自 1976 年开发出功率MOSFET 以来，由于半导体工艺技术的发展，它的性能不断提高：如高压功率 MOSFET 其工作电压可达 1200V ；一般也能做到低导通电阻 MOSFET 其阻值仅 lOmΩ ；工作频率范围从直流到达数兆赫；保护措施越来越完善；并开发出各种贴片式功率 MOSFET( 如Siliconix 最近开发的厚度为 1.5mm “Little Foot 系列 ) 。另外，价格也不断降低，使应用越来越广泛，不少地方取代双极型晶体管。 ??? 功率 MOSFET 主要用于计算机外设 ( 软、硬驱动器、打印机、绘图机 ) 、电源 (AC ／ DC 变换器、 DC ／ DC 变换器 ) 、汽车 电子 、音响电路及仪器、仪表等领域。 什么是 MOSFET ??? “MOSFET” 是英文 MetalOxide Semicoductor Field Effect Transistor 的缩写，译成中文是 “ 金属氧化物半导体场效应管 ” 。它是由金属、氧化物 (SiO2 或 SiN) 及半导体三种材料制成的器件。所谓功率 MOSFET(Power MOSFET) 是指它能输出较大的工作电流 ( 几安到几十安 ) ，用于功率输出级的器件。 MOSFET 的结构? ??? 图 1 是典型平面 N 沟道增强型 MOSFET 的剖面图。它用一块 P 型硅半导体材料作衬底 ( 图 la) ，在其面上扩散了两个 N 型区 ( 图 lb) ，再在上面覆盖一层二氧化硅 (SiQ2) 绝缘层 ( 图 lc) ，最后在 N 区上方用腐蚀的方法做成两个孔，用金属化的方法分别在绝缘层上及两个孔内做成三个电极： G( 栅极 ) 、 S( 源极 ) 及 D( 漏极 ) ，如图 1d 所示。 ??? 从图 1 中可以看出栅极 G 与漏极 D 及源极 S 是绝缘的， D 与 S 之间有两个 PN 结。一般情况下，衬底与源极在内部连接在一起。 ??? 图 1 是 N 沟道增强型 MOSFET 的基本结构图。为了改善某些参数的特性，如提高工作电流、提高工作电压、降低导通电阻、提高开关特性等有不同的结构及工艺，构成所谓 VMOS 、 DMOS 、 TMOS 等结构。图 2 是一种 N 沟道增强型功率 MOSFET 的结构图。虽然有不同的结构，但其工作原理是相同的，这里就不一一介绍了。 MOSFET 的工作原理 　要使增强型 N 沟道 MOSFET 工作，要在 G 、 S 之间加正电压 VGS 及在 D 、 S 之间加正电压 VDS ，则产生正向工作电流 ID 。改变 VGS 的电压可控制工作电流 ID 。如图 3 所示（上面 ）。 ?了解了N型MOSFET的工作原理，P型MOSFET的工作原理与N型的相同。只不过是材料类型不同，工作的电压极性全部相反。MOSFET有增强型与耗尽型。前者居多。即：其漏级（D）电流Id随栅极（G）电压Vgs增加而增加。而后者的Id与Vgs是反比关系。 　若先不接 VGS( 即 VGS ＝ 0) ，在 D 与 S 极之间加一正电压 VDS ，漏极 D 与衬底之间的 PN 结处于反向，因此漏源之间不能导电。如果在栅极 G 与源极 S 之间加一电压 VGS 。此时可以将栅极与衬底看作电容器的两个极板，而氧化物绝缘层作为电容器的介质。当加上 VGS 时，在绝缘层和栅极界面上感应出正电荷，而在绝缘层和 P 型衬底界面上感应出负电荷 ( 如图 3) 。这层感应的负电荷和 P 型衬底中的多数载流子 ( 空穴 ) 的极性相反，所以称为 “ 反型层 ” ，这反型层有可能将漏与源的两 N 型区连接起来形成导电沟道。当 VGS 电压太低时，感应出来的负电荷较少，它将被 P 型衬底中的空穴中和，因此在这种情况时，漏源之间仍然无电流 ID 。当 VGS 增加到一定值时，其感应的负电荷把两个分离的 N 区沟通形成 N 沟道，这个临界电压称为开启电压 ( 或称阈值电压、门限电压 ) ，用符号 VT 表示 ( 一般规定在 ID ＝ 10uA 时的 VGS 作为 VT) 。当 VGS 继续增大，负电荷增加，导电沟道扩大，电阻降低， ID 也随之增加，并且呈较好线性关系，如图 4 所示。此曲线称为转换特性。因此在一定范围内可以认为，改变 VGS 来控制漏源之间的电阻，达到控制 ID 的作用。 　由于这种结构在 VGS ＝ 0 时， ID ＝ 0 ，称这种 MOSFET 为增强型。另一类 MOSFET ，在 VGS ＝ 0 时也有一定的 ID( 称为 IDSS) ，这种