MOSFET结构及其工作原理详解

滤波器 2023-08-16 06:45


MOSFET基本概述

                                                                                                                  

MOSFET由MOS(Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体)+FET(Field Effect Transistor场效应晶体管)这个两个缩写组成。即通过给金属层(M-金属铝)栅极和隔着氧化层(O-绝缘层SiO2)源极施加电压,产生电场的效应来控制半导体(S)导电沟道开关的场效应晶体管。由于栅极与源极、栅极与漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离,MOSFET因此又被称为绝缘栅型场效应管
市面上大家所说的功率场效应晶体管通常指绝缘栅MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),简称功率MOSFET(Power MOSFET)。实际上场效应管分为结型绝缘栅两种不同的结构。场效应管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。它仅靠半导体中的多数载流子导电,又称为单极型晶体管。
结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管(Static Induction Transistor-SIT)。其特点是用栅极电压来控制漏极电流,驱动电路简单,需要的驱动功率小,开关速度快,工作频率高,热稳定性优于GTR,但其电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。
MOSFET功率场效应晶体管,大多数用作开关驱动器工作于开关状态,耐压从几十伏到上千伏,工作电流可达几安培到几十安。功率MOSFET基本上都是增强型MOSFET,它具有优良的开关特性。


MOSFET的分类

                                                                                                                  

MOSFET的种类:按导电沟道类型可分为P沟道和N沟道。按栅极电压幅值可分为:耗尽型-当栅极电压为时漏源极之间就存在导电沟道增强型-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,功率MOSFET主要是N沟道增强型


 

 


MOS管结构原理图解

(以N沟道增强型为例)

                                                                                                                  

N沟道增强型MOS管结构如图5所示。它以一块低掺杂的P型硅片衬底,利用扩散工艺制作两个高掺杂的N+,并引入两个电极分别为源极S(Source)漏极D(Drain),半导体上制作一层SiO2绝缘层,再在SiO2上面制作一层金属铝Al,引出电极,作为栅极G(Gate)。通常将衬底与源极接在一起使用。这样,栅极和衬底各相当于一个极板,中间是绝缘层,形成电容。当栅-源电压变化时,将改变衬底靠近绝缘层处感应电荷的多少,从而控制漏极电流的大小。


MOS管工作原理详解

(N沟道增强型为例)

                                                                                                                  

  • 当栅-源之间不加电压时即VGS=0时,源漏之间是两只背向的PN结。不管VDS极性如何,其中总有一个PN结反偏,所以不存在导电沟道。

  • UDS=0且UGS>0时,由于SiO2的存在,栅极电流为零。但是栅极金属层将聚集正电荷.它们排斥P型衬底靠近 SiO2一侧的空穴,使之剩下不能移动的负离子区形成耗尽层,如图6所示

  • UGS增大时,一方面耗尽层增宽,另一方面将衬底的自由电子吸引到耗尽层绝缘层之间,形成一个N型薄层,称为反型层,如图7所示。这个反型层就构成了漏-源之间的导电沟道。使沟道刚刚形成的栅-源电压称为开启电压UGS(th)/VTUGS电压越大,形成的反层型越厚,导电沟道电阻越小

  • VGS>VT且VDS较小时,基本MOS结构的示意图如图8-1所示。图中反型沟道层的厚度定性地表明了相对电荷密度,这时的相对电荷密度在沟道长度方向上为一常数。相应的ID-VDS特性曲线如图8-1所示。

  • VGS>VT且VDS增大时,由于漏电压增大漏端附近的氧化层压降减小,这意味着漏端附近的反型层电荷密度也将减小。漏端的沟道电导减小,从而ID-VDS特性曲线的斜率减小,如图8-2所示。

  • VGS>VT且VDS增大到漏端的氧化层压降等于VT时,漏极处的反型层电荷密度为零,此时漏极处的电导为零,这意味着ID-VDS的特性曲线的斜率为零,称为预夹断,如图8-3所示。

  • VGS>VT且VDS>VDS(sat)时,沟道中反型电荷为零的点移向源端。如果UDS继续增大,夹断区随之延长,如图所示,而且UDS的增大部分几乎全部用于克服夹断区对漏极电流的阻力漏电流ID为一常数,这种情形在ID-VDS对应于饱和区(恒流区),如图8-4所示。


MOSFET的特性曲线

                                                                                                                  

漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET的转移特性ID较大时,ID与UGS的关系近似线性,曲线的斜率定义为跨导Gfs。图中随着VGS增大,ID的斜率增大。原因是由于VGS增大,形成的反层型越厚,导通沟道电阻越小ID增长速度越快
MOSFET有三个工作区域截止区饱和区非饱和区,对应的输出特性曲线如图10所示。若电力 MOSFET工作在开关状态,即在截止区非饱和区之间来回转换


© 滤波器 微信公众号

滤波器 欢迎滤波器+微波射频行业人士关注! 掘弃平庸,学习更专业的技术知识!
评论 (0)
  • 在印度与巴基斯坦的军事对峙情境下,歼10C的出色表现如同一颗投入平静湖面的巨石,激起层层涟漪,深刻印证了“质量大于数量”这一铁律。军事领域,技术优势就是决定胜负的关键钥匙。歼10C凭借先进的航电系统、强大的武器挂载能力以及卓越的机动性能,在战场上大放异彩。它能够精准捕捉目标,迅速发动攻击,以一敌多却毫不逊色。与之形成鲜明对比的是,单纯依靠数量堆砌的军事力量,在面对先进技术装备时,往往显得力不从心。这一现象绝非局限于军事范畴,在当今社会的各个领域,“质量大于数量”都已成为不可逆转的趋势。在科技行业
    curton 2025-05-11 19:09 184浏览
  • 体积大小:14*11*2.6CM,电气参数:输入100V-240V/10A,输出16V24A。PCB 正面如下图。PCB 背面如下图。根据实际功能可以将PCB分成几部分:EMI滤波,PFC电路,LLC电路。EMI滤波区域,两级共模电感,LN各用了保险丝加压敏电阻,继电器(HF32FV-G)用来切除NTC的,为了提高效率点,如下图。PFC电路区域,如下图。LLC电路区域,如下图。详细分析一下该电源用的主要IC还有功率器件。AC侧采用了两颗整流桥进行并联,器件增加电流应力,如下图。共模电感都有放电针
    liweicheng 2025-05-10 20:03 49浏览
  • 在 AI 浪潮席卷下,厨电行业正经历着深刻变革。AWE 2025期间,万得厨对外首次发布了wan AiOS 1.0组织体超智能系统——通过AI技术能够帮助全球家庭实现从健康检测、膳食推荐,到食材即时配送,再到一步烹饪、营养总结的个性化健康膳食管理。这一创新之举并非偶然的个案,而是整个厨电行业大步迈向智能化、数字化转型浪潮的一个关键注脚,折射出全行业对 AI 赋能的热切渴求。前有标兵后有追兵,万得厨面临着高昂的研发成本与技术迭代压力,稍有懈怠便可能被后来者赶
    用户1742991715177 2025-05-11 22:44 85浏览
  • 递交招股书近一年后,曹操出行 IPO 进程终于迎来关键节点。从 2024 年 4 月首次递表,到 2025 年 4 月顺利通过中国证监会境外发行上市备案,并迅速更新招股书。而通过上市备案也标志着其赴港IPO进程进入实质性推进阶段,曹操出行最快有望于2025年内完成港股上市,成为李书福商业版图中又一关键落子。行路至此,曹操出行面临的挑战依然不容忽视。当下的网约车赛道,早已不是当年群雄逐鹿的草莽时代,市场渐趋饱和,竞争近乎白热化。曹操出行此时冲刺上市,既是背水一战,也是谋篇布局。其招股书中披露的资金
    用户1742991715177 2025-05-10 21:18 66浏览
  • 【拆解】+自动喷香机拆解 家里之前买了从PDD买了一个小型自动喷香机放在厕所里。来增加家里的温馨感,这东西看着确实小巧,精致。可是这东西吧,耗电就是快,没过几天就没电了。今个就让我拆开看看什么在捣鬼。如下是产品的实物和宣传图: 由于螺丝孔太小和限位很深。对于我的螺丝刀套装没用。只能使用那种螺丝刀细头,同时又长的小螺丝刀进行拆解 拧下三颗螺丝钉,用一字螺丝刀撬开外壳,内部结构就呈现在眼前。 内部构造相当简单,部件没多少。就是锂电池供电,通过MCU实现按键控制,段码屏控制,LE
    zhusx123 2025-05-10 19:55 85浏览
  •   定制软件开发公司推荐清单   在企业数字化转型加速的2025年,定制软件开发需求愈发多元复杂。不同行业、技术偏好与服务模式的企业,对开发公司的要求大相径庭。以下从技术赛道、服务模式及行业场景出发,为您提供适配的定制软件开发公司推荐及选择建议。   华盛恒辉科技有限公司:是一家专注于高端软件定制开发服务和高端建设的服务机构,致力于为企业提供全面、系统的开发制作方案。在部队政企开发、建设到运营推广领域拥有丰富经验,在教育,工业,医疗,APP,管理,商城,人工智能,部队软件、工业软件、数字化转
    华盛恒辉l58ll334744 2025-05-12 15:55 165浏览
  •   基于 2025 年行业权威性与时效性,以下梳理国内知名软件定制开发企业,涵盖综合型、垂直领域及特色技术服务商:   华盛恒辉科技有限公司:是一家专注于高端软件定制开发服务和高端建设的服务机构,致力于为企业提供全面、系统的开发制作方案。在部队政企开发、建设到运营推广领域拥有丰富经验,在教育,工业,医疗,APP,管理,商城,人工智能,部队软件、工业软件、数字化转型、新能源软件、光伏软件、汽车软件,ERP,系统二次开发,CRM等领域有很多成功案例。   五木恒润科技有限公司:是一家专业的部队信
    华盛恒辉l58ll334744 2025-05-12 16:13 130浏览
  • ‌磁光克尔效应(Magneto-Optic Kerr Effect, MOKE)‌ 是指当线偏振光入射到磁性材料表面并反射后,其偏振状态(偏振面旋转角度和椭偏率)因材料的磁化强度或方向发生改变的现象。具体表现为:1、‌偏振面旋转‌:反射光的偏振方向相对于入射光发生偏转(克尔旋转角 θK)。2、‌椭偏率变化‌:反射光由线偏振变为椭圆偏振(克尔椭偏率 εK)。这一效应直接关联材料的磁化状态,是表征磁性材料(如铁磁体、反铁磁体)磁学性质的重要非接触式光学探测手段,广泛用于
    锦正茂科技 2025-05-12 11:02 147浏览
  •         信创产业含义的“信息技术应用创新”一词,最早公开信息见于2019年3月26日,在江苏南京召开的信息技术应用创新研讨会。本次大会主办单位为江苏省工业和信息化厅和中国电子工业标准化技术协会安全可靠工作委员会。        2019年5月16日,美国将华为列入实体清单,在未获得美国商务部许可的情况下,美国企业将无法向华为供应产品。       2019年6
    天涯书生 2025-05-11 10:41 142浏览
  • 【拆解】+CamFi卡菲单反无线传输器拆解 对于单反爱好者,想要通过远程控制自拍怎么办呢。一个远程连接,远程控制相机拍摄的工具再合适不过了。今天给大伙介绍的是CamFi卡菲单反无线传输器。 CamFi 是专为数码单反相机打造的无线传输控制器,自带的 WiFi 功能(无需手机流量),不但可通过手机、平板、电脑等设备远程连接操作单反相机进行拍摄,而且还可实时传输相机拍摄的照片到 iPad 和电视等大屏设备进行查看和分享。 CamFi 支持大部分佳能和尼康单反相机,内置可充电锂离子电池,无需相机供电。
    zhusx123 2025-05-11 14:14 126浏览
我要评论
0
3
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦