功率场效应晶体管MOSFET结构和工作原理（图）

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功率场效应晶体管MOSFET种类和结构繁多，按导电沟道可分为 P 沟道和 N 沟道。当栅极电压为零时漏源极间存在导电沟道的称为耗尽型；对于 N P ）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道的称为增强型。

在功率MOSFET 中，应用较多的是 N 沟道增强型。功率 MOSFET 导电机理与小功率 MOS 管相同，但在结构上有较多区别。小功率 MOS 管是一次扩散形成的器件，其导电沟道平行于芯片表面，是横向导电器件。而功率MOSFET 大都采用垂直导电结构，这种结构能大大提高器件的耐压和通流能力。

什么是场效应管（MOSFET）

“场效应管（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（Si02或SiN）及半导体三种材料制成的器件。所谓功率场效应管（MOSFET）（Power场效应管（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。

场效应管（MOSFET）的结构

图1是典型平面N沟道增强型场效应管（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1b），再在上面覆盖一层二氧化硅（SiQ2）绝缘层（图1c），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。

般情况下，衬底与源极在内部连接在一起。

图1是N沟道增强型场效应管（MOSFED）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沟道增强型功率场效应管（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。

场效应管（MOSFET）的工作原理

要使增强型N沟道场效应管（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1）

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.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（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，称这种场效应管（MOSFET）为增强型。另一类场效应管（MOSFET），在VGS-0时也有一定的ID（称为IDSS），这种场效应管（MOSFET）称为耗尽型。它的结构如图5所示，它的转移特性如图6所示。VP为夹断电压（ID=0）.

耗尽型与增强型主要区别是在制造Si02绝缘层中有大量的正离子，使在P型衬底的界面上感应出较多的负电荷，即在两个N型区中间的P型硅内形成一N型硅薄层而形成一导电沟道，所以在VGS-0时，有VDS作用时也有一定的ID（IDSS）；当VGS有电压时（可以是正电压或负电压），改变感应的负电荷数量，从而改变ID的大小。VP为ID-0时的-VGS.称为夹断电压。

除了上述采用P型硅作衬底形成N型导电沟道的N沟道场效应管（MOSFET）外，也可用N型硅作衬底形成P型导电沟道的P沟道场效应管（MOSFET），这样，场效应管（MOSFET）的分类如图所示。