MOSFET基础知识——Fairchild

简介：
本文介绍了MOSFET的基本知识，由Fairchild公司提供。内容涵盖了MOSFET的工作原理、类型和应用场景等信息，旨在帮助读者深入了解这一重要的半导体器件。 MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是电力电子领域广泛使用的一种半导体器件，Fairchild 半导体公司作为该领域的领导者之一，因其高质量的产品与详尽的资料而闻名。 MOSFET主要分为耗尽型和增强型两种类型，并且每种类型都有N沟道和P沟道两种形式。耗尽型MOSFET在没有栅极电压的情况下是处于导通状态，类似于结型场效应晶体管（JFET）的工作原理；而增强型则是在未加栅极电压时保持关闭状态，只有当施加了足够的栅极电压后才会使漏源电流随该电压的增加而增大。这意味着，在没有提供栅极电压的情况下，不存在从漏到源的电流。 MOSFET的发展解决了双极性功率晶体管(BPT)在电源应用中的开关器件存在的问题，如较大的导通电阻和较长的开关延迟等缺点。为了克服这些问题，人们开发了具备快速切换速度、低导通阻抗以及高输入阻抗特性的功率MOSFET，并将其广泛应用于开关模式电源（SMPS）、计算机外设、汽车及电机控制等领域。 在结构设计方面，MOSFET有两种主要类型：横向沟道和垂直沟道。横向沟道设计中，漏极、栅极以及源极端子都位于硅晶圆的表面，适用于集成应用但不适合获得高功率额定值；而垂直沟道则将漏极与源极放置在晶圆相对两端，这使得它更适合于大功率器件的设计，并通过减小源到漏之间的距离来提高电流承载能力以及扩大外延层（即漂移区）以增强电压阻断性能。 MOSFET的发展历程可以追溯至20世纪30年代提出的场效应晶体管(FET)概念，但直到1952年William Shockley引入了结型场效应晶体管(JFET)，并在第二年由Dacey和Ross改进。功率MOSFET的重大突破发生在70年代末期；飞兆公司在成立后的研究工作进一步推动了该领域的发展，在80至90年代间开发出诸如QFET®器件及低压PowerTrench®产品等新技术。 关于不同的设计，VMOSFET是最早被商业化的MOSFET类型之一，但由于制造稳定性问题和V形槽尖端产生的高电场效应而最终被淘汰。随后DMOSFET因其双扩散结构（包括P基区与N+源极区域）成为最成功的商用化MOSFET设计；UMOSFET则是在90年代被商业化的一种新型设计，其栅极区域采用U形槽形式，在沟道密度方面超过了V形槽和DMOSFET的设计，并因此降低了导通电阻。 MOSFET的工作原理可以通过栅源电压（VGS）与漏源电压(VDS)之间的关系来解释。当这两个值的组合增加时，由于栅极到漏极间的反向偏压高于从栅极至源极所施加的偏置条件，导致了耗尽区扩大，并进而控制了电流流过MOSFET。 Fairchild 半导体公司提供的详细资料涵盖了许多参数和应用指南供工程师参考。通过深入了解 MOSFET 的工作原理、结构以及设计特点，工程师们可以做出更精确的选择以实现高效的电力转换与控制系统的设计优化。