晶体管

谈及晶体管，MOSFET是我们永远绕不过去的一个话题，它的出现，标志着功率半导体器件二十年黄金发展期的开启。在上期芝识课堂里，我们为大家简要地介绍了MOSFET晶体管。在本期内容中，我们将继续深入这一话题，帮助大家建立对MOSFET晶体管更深层次的了解。

MOSFET器件一共有三个引脚，分别为栅极（Gate），漏极（Drain）和源极（Source），从结构上来划分我们能够将常用的MOSFET器件分为横向双扩散型场效应晶体管（Lateral Double-Diffused MOS）、平面双扩散型场效应晶体管（Planar MOS）和沟槽双扩散型场效应晶体管（Trench MOS）。

MOSFET结构与工作原理

这里我们以平面双扩散型场效应晶体管（Planar MOS）为例为大家介绍一下MOSFET的结构与基本工作原理：

平面栅极MOSFET的平面结构

如上图所示，MOSFET的栅极和源极在硅片的上表面，而漏极连接到衬底的下表面，源极和漏极在晶圆的相对的平面，当电流从漏极流向源极时，电流在硅片内部垂直流动，因此可以充分的应用硅片的面积，来提高通过电流的能力。

我们通过在漏极为正极的漏极和源极之间施加电压，在栅极为正极的栅极和源极之间施加电压，其结果便是电子被吸引到栅极绝缘膜下面的p型层上，部分p型层转变为n型区（p型层中的n型区称为“反转层（沟道）”）。电流可以直接通过漏极的N+型区、N-型区、栅极下面N型沟道，流到源极N+型区。

👇 想要了解MOSFET器件的性能高低以更好地确认其应用场景，最重要的便是对其主要的性能参数建立理解：

MOSFET的性能：漏极电流和功耗

允许损耗和漏极电流是MOSFET的典型最大额定值。

ID漏极电流：ID定义为芯片在最大额定结温TJ(max)下，管表面温度在25℃或者更高温度下，可允许的最大连续直流电流，该参数为结与管壳之间额定热阻和管壳温度的函数：

ID漏极电流计算公式演示

 PD功耗：容许沟道总功耗标定了器件可以消散的最大功耗，表示为最大结温和管壳温度为25℃时热阻的函数。

PD功耗计算公式演示

MOSFET的性能：雪崩能力

作为MOSFET晶体管的一个特性，如果它在一定的能量、漏极电流ID范围内，并且低于额定结温Tch，则即使超过了额定电压VDSS，它也不会击穿损坏。这就是所谓的雪崩能力，允许能量被称为雪崩能量，电流被称为雪崩电流。

雪崩能力（能量、电流）测试电路、波形及计算公式

MOSFET的性能：电容特性

Ciss、Crss和Coss的电容特性是影响MOSFET开关特性的重要因素：

Ciss：输入电容（Ciss＝Cgd＋Cgs）

栅极-漏极和栅极-源极电容之和：它影响延迟时间；Ciss越大，延迟时间越长。

Crss：反向转移电容（Crss＝Cgd）

栅极-漏极电容：Crss越大，漏极电流上升特性越差，这不利于MOSFET的损耗。高速驱动需要低电容。

Coss：输出电容（Coss＝Cgd＋Cds）

栅极-漏极和漏极-源极电容之和：它影响关断特性和轻载时的损耗。如果Coss较大，关断dv／dt减小，这有利于噪声。但轻载时的损耗增加。

课堂小结

在本期内容中，我们主要为大家介绍了MOSFET晶体管的结构分类与工作原理。同时，为了更好地帮助大家理解MOSFET的功能特性，我们还为大家总结了几大常见的MOSFET性能参数以及相关的计算公式演示。

下期预告

下期我们将迎来晶体管家族中另一个重要“人物”，它就是绝缘栅双极晶体管（IGBT），另外我们还将为大家介绍东芝通过栅极注入增强技术打造的专属IGBT器件——IEGT的相关信息，敬请期待！