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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)导电(dian)沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)，可(ke)以(yi)在(zai)制(zhi)造(zao)过程(cheng)(cheng)中构成，也可(ke)以(yi)经过接(jie)通(tong)外部电(dian)源(yuan)构成，当栅压等于零时就存在(zai)沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)（即在(zai)制(zhi)造(zao)时构成的(de)）称为(wei)耗(hao)尽型(xing)，在(zai)施加外部电(dian)压后才构成沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)的(de)称为(wei)增强型(xing)。按(an)照(zhao)导电(dian)沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)和沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)构成的(de)过程(cheng)(cheng)两点来分类，MOS管(guan)可(ke)以(yi)分为(wei)：P沟(gou)(gou)(gou)增强型(xing)MOS管(guan)、P沟(gou)(gou)(gou)耗(hao)尽型(xing)MOS管(guan)、N沟(gou)(gou)(gou)增强型(xing)MOS管(guan)和N沟(gou)(gou)(gou)耗(hao)尽型(xing)MOS管(guan)。图(tu)(tu)四类MOSFET和它们的(de)图(tu)(tu)形符号。功率MOSFET普通(tong)很少采用P沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)，由于空穴的(de)迁移率比(bi)电(dian)子的(de)迁移率低，相同的(de)沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)尺寸，P沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)的(de)晶体管(guan)比(bi)N沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)的(de)导通(tong)电(dian)阻大。

3 工作原(yuan)理

功(gong)(gong)(gong)率(lv)MOS管(guan)是从小(xiao)功(gong)(gong)(gong)率(lv)MOS管(guan)展(zhan)开来的。但在结构上，它们(men)之间相(xiang)差很(hen)大，为了更好天文解功(gong)(gong)(gong)率(lv)MOSFET的机(ji)(ji)理，首(shou)先(xian)来回想一(yi)下小(xiao)功(gong)(gong)(gong)率(lv)场效应管(guan)的机(ji)(ji)理。以下以N沟道(dao)增强型小(xiao)功(gong)(gong)(gong)率(lv)MOSFET的结构来说明MOS管(guan)的原理。

图1是N沟道增强型小功率MOSFET的结构表示图。
N沟(gou)道增强型MOS管是把(ba)一块低(di)掺杂的(de)(de)P型半导体(ti)作为(wei)衬(chen)底，在衬(chen)底上面(mian)(mian)用(yong)扩(kuo)散的(de)(de)方法构成两(liang)各(ge)重掺杂的(de)(de)N＋区，然后在P型半导体(ti)上生成很薄的(de)(de)一层(ceng)二氧化硅绝缘(yuan)层(ceng)，然后在两(liang)个(ge)重掺杂的(de)(de)N+区上端用(yong)光刻的(de)(de)办法刻蚀掉二氧化硅层(ceng)，显露N+区，最后在两(liang)个(ge)N+区的(de)(de)表面(mian)(mian)以(yi)(yi)及它(ta)们之间(jian)的(de)(de)二氧化硅表面(mian)(mian)用(yong)蒸发或者(zhe)溅射的(de)(de)办法喷涂(tu)一层(ceng)金属膜，这三(san)块金属膜构成了MOS管的(de)(de)三(san)个(ge)电(dian)极(ji)(ji)，分别称(cheng)为(wei)源极(ji)(ji)(S)、栅极(ji)(ji)(G)和(he)漏(lou)极(ji)(ji)(D)。MOSFET的(de)(de)特性(xing)(xing)可以(yi)(yi)用(yong)转移(yi)特性(xing)(xing)曲(qu)线和(he)漏(lou)极(ji)(ji)输出特性(xing)(xing)曲(qu)线来表征。转移(yi)特性(xing)(xing)是指在漏(lou)源之间(jian)的(de)(de)电(dian)压(ya)UDS在某一固定值时，栅极(ji)(ji)电(dian)压(ya)UGS与(yu)相对应的(de)(de)漏(lou)极(ji)(ji)电(dian)流ID之间(jian)的(de)(de)关(guan)系曲(qu)线。图3是某种场效(xiao)应管的(de)(de)转移(yi)特性(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

击穿区(qu)(qu)在(zai)(zai)相(xiang)当大(da)的(de)漏－源电(dian)压UDS区(qu)(qu)域(yu)内，漏极(ji)电(dian)流(liu)近似为一个(ge)常数(shu)。当UDS加大(da)道(dao)一定数(shu)值以(yi)后，漏极(ji)PN结(jie)发(fa)作击穿，漏电(dian)流(liu)疾(ji)速(su)增大(da)，曲线(xian)上(shang)翘，进入击穿区(qu)(qu)。饱(bao)和区(qu)(qu)（UDS>UGS-UT）在(zai)(zai)上(shang)述三个(ge)区(qu)(qu)域(yu)保卫的(de)区(qu)(qu)域(yu)即为饱(bao)和区(qu)(qu)，也称为恒流(liu)区(qu)(qu)或放(fang)大(da)区(qu)(qu)。功(gong)率MOSFET应用在(zai)(zai)开关电(dian)源和逆变(bian)器等功(gong)率变(bian)换中，就(jiu)是(shi)工作在(zai)(zai)截止(zhi)区(qu)(qu)和击穿区(qu)(qu)两个(ge)区(qu)(qu)。

4 结构特性
图(tu)中(zhong)MOSFET的(de)(de)(de)结构是(shi)(shi)(shi)不(bu)(bu)合适运用在(zai)大(da)(da)功率(lv)的(de)(de)(de)场所(suo)，缘由是(shi)(shi)(shi)两(liang)个(ge)方面(mian)(mian)的(de)(de)(de)。一(yi)方面(mian)(mian)是(shi)(shi)(shi)结构上小功率(lv)MOSFET三个(ge)电(dian)(dian)极在(zai)一(yi)个(ge)平面(mian)(mian)上，沟道(dao)不(bu)(bu)能(neng)做得很短，沟道(dao)电(dian)(dian)阻大(da)(da)。另一(yi)方面(mian)(mian)是(shi)(shi)(shi)导(dao)(dao)电(dian)(dian)沟道(dao)是(shi)(shi)(shi)由表面(mian)(mian)感应电(dian)(dian)荷构成的(de)(de)(de)，沟道(dao)电(dian)(dian)流(liu)是(shi)(shi)(shi)表面(mian)(mian)电(dian)(dian)流(liu)，要(yao)加(jia)大(da)(da)电(dian)(dian)流(liu)容(rong)量，就要(yao)加(jia)大(da)(da)芯(xin)片面(mian)(mian)积，这样的(de)(de)(de)结构要(yao)做到很大(da)(da)的(de)(de)(de)电(dian)(dian)流(liu)可能(neng)性也很小。为了抑止MOSFET的(de)(de)(de)载(zai)(zai)流(liu)才(cai)干(gan)太小和导(dao)(dao)通电(dian)(dian)阻大(da)(da)的(de)(de)(de)难题，在(zai)大(da)(da)功率(lv)MOSFET中(zhong)通常(chang)采(cai)用两(liang)种技(ji)术，一(yi)种是(shi)(shi)(shi)将数百万个(ge)小功率(lv)MOSFET单(dan)胞并联起来，进(jin)步(bu)MOSFET的(de)(de)(de)载(zai)(zai)流(liu)才(cai)干(gan)。另外(wai)一(yi)种技(ji)术就是(shi)(shi)(shi)对MOSFET的(de)(de)(de)结构中(zhong)止改进(jin)，采(cai)用一(yi)种垂直(zhi)V型槽结构。图(tu)3是(shi)(shi)(shi)V型槽MOSFET结构剖面(mian)(mian)图(tu)。

图3V型槽MOSFET结构剖面图在(zai)该(gai)结构中(zhong)，漏(lou)极(ji)是(shi)(shi)从芯片的(de)背(bei)面引出，所(suo)以ID不是(shi)(shi)沿芯片水平方(fang)(fang)向活动，而(er)是(shi)(shi)自重掺杂(za)N区(qu)（源极(ji)S）动身(shen)，经(jing)过(guo)P沟(gou)道流(liu)入轻掺杂(za)N漂移(yi)区(qu)，最后(hou)垂(chui)直(zhi)向下(xia)抵达(da)漏(lou)极(ji)D。电(dian)流(liu)方(fang)(fang)向如图中(zhong)箭头所(suo)示，由于流(liu)通截面积增大(da)，所(suo)以能经(jing)过(guo)大(da)电(dian)流(liu)。在(zai)相同的(de)电(dian)流(liu)密度下(xia)，体积也大(da)大(da)减少。

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