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1 概述

MOSFET的中文称号是金属氧化物半导体场效应晶体管，也叫绝缘栅场效应晶体管，缩写为MOSFET，简称MOS管。功率MOSFET是一类导电沟道槽结构特殊的场效应管，它是继MOSFET之后新展开起来的高效、功率开关器件。它不只继承了MOS场效应管输入阻抗高（≥108?）、驱动电流小（0.1μA左右）的优点，还具有耐压高（最高可耐压1200V）、工作电流大（1.5A～100A）、输出功率高、跨导线性好、开关速度快等优秀特性。正是由于它将电子管与功率晶体管的优点集于一身，因此在开关电源、逆变器、电压放大器、功率放大器等电路中获得普遍应用。
2 分类
MOS管是一种单极性载流子参与导电的半导体器件。根据导电沟道的载流子可以划分为N沟道和P沟道。假定导电沟道的载流子是电子，则称为N沟道；假定载流子是空穴，则称为P沟道。MOS管的(de)(de)导(dao)电(dian)(dian)沟(gou)(gou)道(dao)，可以(yi)在(zai)制(zhi)造过程中构成(cheng)，也可以(yi)经过接(jie)通(tong)外部(bu)电(dian)(dian)源构成(cheng)，当栅压等于零(ling)时(shi)就存在(zai)沟(gou)(gou)道(dao)（即在(zai)制(zhi)造时(shi)构成(cheng)的(de)(de)）称(cheng)为(wei)耗(hao)尽(jin)(jin)型，在(zai)施(shi)加外部(bu)电(dian)(dian)压后才(cai)构成(cheng)沟(gou)(gou)道(dao)的(de)(de)称(cheng)为(wei)增强(qiang)型。按照导(dao)电(dian)(dian)沟(gou)(gou)道(dao)和沟(gou)(gou)道(dao)构成(cheng)的(de)(de)过程两点来(lai)分类(lei)，MOS管(guan)(guan)可以(yi)分为(wei)：P沟(gou)(gou)增强(qiang)型MOS管(guan)(guan)、P沟(gou)(gou)耗(hao)尽(jin)(jin)型MOS管(guan)(guan)、N沟(gou)(gou)增强(qiang)型MOS管(guan)(guan)和N沟(gou)(gou)耗(hao)尽(jin)(jin)型MOS管(guan)(guan)。图(tu)四类(lei)MOSFET和它们的(de)(de)图(tu)形(xing)符号。功率MOSFET普通(tong)很少采用P沟(gou)(gou)道(dao)，由于空(kong)穴(xue)的(de)(de)迁移率比电(dian)(dian)子(zi)的(de)(de)迁移率低(di)，相同的(de)(de)沟(gou)(gou)道(dao)尺(chi)寸，P沟(gou)(gou)道(dao)的(de)(de)晶体(ti)管(guan)(guan)比N沟(gou)(gou)道(dao)的(de)(de)导(dao)通(tong)电(dian)(dian)阻大。

3 工作(zuo)原理

功(gong)(gong)率(lv)MOS管是从小功(gong)(gong)率(lv)MOS管展开来(lai)的(de)(de)。但在结构上，它们之间相差很大，为(wei)了(le)更(geng)好(hao)天文解功(gong)(gong)率(lv)MOSFET的(de)(de)机(ji)理(li)(li)，首先(xian)来(lai)回想一下(xia)小功(gong)(gong)率(lv)场效应管的(de)(de)机(ji)理(li)(li)。以下(xia)以N沟道(dao)增强型(xing)小功(gong)(gong)率(lv)MOSFET的(de)(de)结构来(lai)说(shuo)明MOS管的(de)(de)原理(li)(li)。

图1是N沟道增强型小功率MOSFET的结构表示图。
N沟道增(zeng)强型MOS管(guan)是把(ba)一块低(di)掺杂(za)的(de)(de)(de)(de)P型半(ban)(ban)导体作为衬(chen)底，在衬(chen)底上(shang)面用扩散的(de)(de)(de)(de)方法构成(cheng)两(liang)各重掺杂(za)的(de)(de)(de)(de)N＋区(qu)，然(ran)后在P型半(ban)(ban)导体上(shang)生成(cheng)很薄的(de)(de)(de)(de)一层(ceng)(ceng)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)硅绝缘(yuan)层(ceng)(ceng)，然(ran)后在两(liang)个(ge)(ge)重掺杂(za)的(de)(de)(de)(de)N+区(qu)上(shang)端用光(guang)刻的(de)(de)(de)(de)办法刻蚀(shi)掉二(er)氧(yang)(yang)化(hua)硅层(ceng)(ceng)，显露N+区(qu)，最后在两(liang)个(ge)(ge)N+区(qu)的(de)(de)(de)(de)表(biao)面以及它们之(zhi)间的(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)硅表(biao)面用蒸发(fa)或者(zhe)溅射的(de)(de)(de)(de)办法喷涂一层(ceng)(ceng)金属(shu)膜(mo)，这三块金属(shu)膜(mo)构成(cheng)了(le)MOS管(guan)的(de)(de)(de)(de)三个(ge)(ge)电极(ji)(ji)，分别称为源极(ji)(ji)(S)、栅(zha)极(ji)(ji)(G)和(he)漏(lou)极(ji)(ji)(D)。MOSFET的(de)(de)(de)(de)特(te)(te)性(xing)(xing)可以用转(zhuan)移特(te)(te)性(xing)(xing)曲(qu)线和(he)漏(lou)极(ji)(ji)输(shu)出特(te)(te)性(xing)(xing)曲(qu)线来表(biao)征(zheng)。转(zhuan)移特(te)(te)性(xing)(xing)是指在漏(lou)源之(zhi)间的(de)(de)(de)(de)电压UDS在某一固定(ding)值(zhi)时(shi)，栅(zha)极(ji)(ji)电压UGS与相(xiang)对应(ying)的(de)(de)(de)(de)漏(lou)极(ji)(ji)电流(liu)ID之(zhi)间的(de)(de)(de)(de)关系曲(qu)线。图3是某种场效应(ying)管(guan)的(de)(de)(de)(de)转(zhuan)移特(te)(te)性(xing)(xing)。

图MOS管的漏极输出特性场效应晶体管的输出特性可以划分为四个区域：可变电阻区、截止区、击穿区和恒流区。 可变电阻区（UDS

在这个区域内，UDS增加时，ID线性增加。在导电沟道接近夹断时，增长变缓。在低UDS分开夹断电压较大时，MOS管相当于一个电阻，此电阻随着UGS的增大而减小。截止区（UGS

击(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)区(qu)(qu)(qu)(qu)在(zai)(zai)相当大的漏(lou)－源电(dian)压UDS区(qu)(qu)(qu)(qu)域(yu)内，漏(lou)极电(dian)流近似为(wei)一个(ge)常数。当UDS加(jia)大道(dao)一定(ding)数值(zhi)以后，漏(lou)极PN结发作击(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)，漏(lou)电(dian)流疾速增大，曲线上(shang)翘，进入击(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)区(qu)(qu)(qu)(qu)。饱和(he)区(qu)(qu)(qu)(qu)（UDS>UGS-UT）在(zai)(zai)上(shang)述三个(ge)区(qu)(qu)(qu)(qu)域(yu)保(bao)卫的区(qu)(qu)(qu)(qu)域(yu)即为(wei)饱和(he)区(qu)(qu)(qu)(qu)，也称为(wei)恒流区(qu)(qu)(qu)(qu)或放(fang)大区(qu)(qu)(qu)(qu)。功(gong)率MOSFET应用(yong)在(zai)(zai)开关电(dian)源和(he)逆变器(qi)等功(gong)率变换中，就是工(gong)作在(zai)(zai)截止区(qu)(qu)(qu)(qu)和(he)击(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)区(qu)(qu)(qu)(qu)两个(ge)区(qu)(qu)(qu)(qu)。

4 结构特性
图中MOSFET的(de)(de)(de)结(jie)(jie)构(gou)是(shi)(shi)(shi)不合(he)适运用在大(da)(da)功(gong)(gong)(gong)率的(de)(de)(de)场(chang)所(suo)，缘(yuan)由(you)是(shi)(shi)(shi)两个方面(mian)的(de)(de)(de)。一方面(mian)是(shi)(shi)(shi)结(jie)(jie)构(gou)上(shang)小(xiao)(xiao)功(gong)(gong)(gong)率MOSFET三个电极在一个平面(mian)上(shang)，沟道(dao)不能做(zuo)得很短(duan)，沟道(dao)电阻(zu)(zu)大(da)(da)。另一方面(mian)是(shi)(shi)(shi)导电沟道(dao)是(shi)(shi)(shi)由(you)表面(mian)感应电荷构(gou)成的(de)(de)(de)，沟道(dao)电流是(shi)(shi)(shi)表面(mian)电流，要加大(da)(da)电流容量，就要加大(da)(da)芯片面(mian)积(ji)，这样(yang)的(de)(de)(de)结(jie)(jie)构(gou)要做(zuo)到很大(da)(da)的(de)(de)(de)电流可能性(xing)也(ye)很小(xiao)(xiao)。为了抑止MOSFET的(de)(de)(de)载流才(cai)干(gan)太小(xiao)(xiao)和(he)导通电阻(zu)(zu)大(da)(da)的(de)(de)(de)难题，在大(da)(da)功(gong)(gong)(gong)率MOSFET中通常采(cai)用两种技术(shu)，一种是(shi)(shi)(shi)将数百万个小(xiao)(xiao)功(gong)(gong)(gong)率MOSFET单胞并联(lian)起来，进步(bu)MOSFET的(de)(de)(de)载流才(cai)干(gan)。另外一种技术(shu)就是(shi)(shi)(shi)对MOSFET的(de)(de)(de)结(jie)(jie)构(gou)中止改进，采(cai)用一种垂直V型槽结(jie)(jie)构(gou)。图3是(shi)(shi)(shi)V型槽MOSFET结(jie)(jie)构(gou)剖面(mian)图。

图3V型槽MOSFET结构(gou)剖面图在(zai)该结构(gou)中，漏极(ji)是(shi)从芯(xin)片的背(bei)面引(yin)出(chu)，所以ID不是(shi)沿芯(xin)片水平方(fang)向活动(dong)，而是(shi)自重(zhong)掺杂N区（源极(ji)S）动(dong)身，经(jing)过P沟道流(liu)(liu)入(ru)轻掺杂N漂移区，最后(hou)垂直向下抵达漏极(ji)D。电流(liu)(liu)方(fang)向如图中箭头所示，由(you)于流(liu)(liu)通截面积增大(da)，所以能经(jing)过大(da)电流(liu)(liu)。在(zai)相同的电流(liu)(liu)密度下，体积也大(da)大(da)减少。

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