电荷线密度乘以长度

电荷线密度乘以长度

关于MOSFET的基本概述

MOSFET,全称Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor(金属氧化物半导体场效应晶体管),由MOS(金属氧化物半导体)和FET(场效应晶体管)两个缩写构成。其工作原理是通过在金属层(M代表金属铝)的栅极和隔着氧化层(O代表绝缘层SiO2)的源极之间施加电压,产生电场效应来控制半导体(S)导电沟道的开关。由于栅极与源极、栅极与漏极之间采用SiO2绝缘层隔离,因此MOSFET又被称为绝缘栅型场效应管。

在市场上,人们通常所说的功率场效应晶体管主要是指绝缘栅MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),简称功率MOSFET(Power MOSFET)。实际上,场效应管分为结型和绝缘栅两种结构。场效应管是一种利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的半导体器件,它仅依靠半导体中的多数载流子导电,因此也被称为单极型晶体管。

其中,结型功率场效应晶体管被称为静电感应晶体管(Static Induction Transistor-SIT)。其特点是使用栅极电压来控制漏极电流,具有驱动电路简单、所需驱动功率小、开关速度快、工作频率高等优点,热稳定性优于GTR。它的电流容量小、耐压低,通常只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。

至于MOSFET的分类,按其导电沟道类型可分为P沟道和N沟道;按栅极电压幅值可分为耗尽型和增强型。功率MOSFET主要是N沟道增强型。

以N沟道增强型MOS管为例,其结构原理是一块低掺杂的P型硅片为衬底,利用扩散工艺制作两个高掺杂的N+区,并引入两个电极分别为源极S和漏极D。半导体上制作一层SiO2绝缘层,再在SiO2上面制作一层金属铝作为栅极G。当栅-源电压变化时,会改变衬底靠近绝缘层处感应电荷的多少,从而控制漏极电流的大小。

关于MOS管的工作原理,当栅-源之间不加电压时,源漏之间是两只背向的PN结,不存在导电沟道。当施加正确的栅极电压时,会在耗尽层上形成一个反型层,构成漏-源之间的导电沟道。这个导电沟道会随着栅极电压的变化而发生变化,从而影响漏极电流的大小。

至于MOSFET的特性曲线,漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为转移特性。在不同的工作区域,如截止区、饱和区和非饱和区,MOSFET的输出特性曲线会有所不同。如果功率MOSFET工作在开关状态,它会在这些区域之间来回转换。


电荷线密度乘以长度