所有的MOSFET都有体二极管吗?它有什么作用呢?硬件工程师要搞懂的电路知识点

原创 硬件那点事儿 2024-12-06 08:05

关注微信公众号:硬件那点事儿

Part 01

前言

与三极管等其他的有源器件相比,MOSFET的不同寻常之处在于其原理图符号会包含一个寄生器件——体二极管。那么是不是所有的MOSFET都会有体二极管吗?这个体二极管它有什么作用呢?

Part 02

所有的MOSFET都会有体二极管吗?

自从1960年MOSFET在贝尔实验室诞生之后,MOSFET以来经历了多次工艺革新,从基本结构到材料、工艺技术的发展,推动了现代电子产业的进步。下面的表格总结了MOSFET从诞生以后的关键工艺革新:

时间
事件与技术
关键特点与意义
1960年
MOSFET诞生
硅基MOS结构,SiO₂作为栅介质,开启FET时代
1963年
CMOS技术发明
低功耗电路的基础,推动数字集成电路发展
1970年代
功率MOSFET诞生
用于开关电源、马达驱动,高输入阻抗,快速开关
1977年
VDMOS问世
垂直结构,降低导通电阻,承载更大电流
1990年代初
沟槽型MOSFET诞生
沟槽栅极技术,显著降低导通电阻,提高开关速度
1998年
超结MOSFET问世
交替P/N结构,突破导通电阻-击穿电压权衡
2011年
FinFET量产
3D栅极结构,增强沟道控制,实现纳米级工艺
2010年代
SiC/GaN MOSFET发展
新材料应用,高频开关,适用于高温、高压环境

那么MOSFET经历了这么多代的工艺技术革新,有没有哪一代工艺消除掉了MOSFET的体二极管呢?我查阅了一下资料发现MOSFET的体二极管是其基本结构中固有的,可能某些工艺或器件设计通过优化或替代手段弱化或消除体二极管的影响。大多数MOSFET工艺并未完全消除体二极管,而是优化其特性或通过外部手段替代体二极管功能。
严格意义上,只有GaN HEMT完全没有传统的体二极管结构,而同步整流MOSFET通过控制策略实现了功能上的体二极管替代。其他技术(如沟槽型、超结、SiC MOSFET)虽未完全消除体二极管,但优化了其性能。
工艺/技术
体二极管状态
备注
沟槽型MOSFET(Trench)
存在但优化
降低反向恢复时间,提高性能
超结MOSFET(Super-Junction)
存在但优化
导通损耗减少,性能显著提升
同步整流MOSFET
功能上被替代
外部控制同步导通,弱化体二极管作用
GaN HEMT
无体二极管
完全不同的导通机制
SiC MOSFET
存在但优化
更高耐压、更快恢复
总的来说,GaN HEMT是目前真正不包含传统体二极管的技术,而其他MOSFET工艺通常保留体二极管,只不过体二极管的性能经过优化,比如反向恢复时间更短,导通损耗减少,耐压更高而已
我们可能会在某些文章中看到一句话,体二极管只在单个的MOS管中存在,在集成电路芯片内部通常是没有的。这句话对吗?
个人觉得不完全正确,在单个分立MOSFET器件中,体二极管通常是固有存在的,这是由于大部分的MOSFET内部的PN结结构决定的。它形成在源极与漏极之间,由于器件物理结构所致,无法避免。
但是在集成电路芯片中,体二极管的存在与否取决于具体的工艺设计,以CMOS集成电路为例,在标准CMOS工艺中,每个MOSFET仍然有其体区(P型或N型),通常连到芯片的电源或接地,从而可能形成体二极管。然而,为了避免体二极管影响电路性能,设计时会:将衬底与源极连接,使体二极管在正常工作条件下不会导通。使用特殊的布局或隔离技术(如阱隔离或绝缘体上硅(SOI)技术)来避免或最小化体二极管的影响。

所以体二极管虽然存在,但在正常工作条件下不会导通了。当然在某些集成电路中通过绝缘体上硅(SOI)技术确实可以消除体二极管,这也只是仅限于集成芯片中。

目前我们电路设计应用比较多的采用沟槽型工艺的功率MOSFET还是存在体二极管的

Part 03

MOSFET的体二极管有什么用?

1. 防反接
比如两个MOSFET背靠背的防反接拓扑:

2. 反向电流路径

体二极管提供了一个天然的反向电流路径,在某些双向开关电路中非常有用。

例如,在H桥逆变器或同步整流器中,体二极管允许电流在MOSFET关闭时通过反向导通,从而实现电流的双向流动。

需要注意的是体二极管具有较高的正向压降一般在0.7V到1.5V之间,反向导通会产生较大的功耗问题。常规MOSFET的体二极管的反向恢复速度较慢,在高频开关电路中容易引发开关损耗,导致电源效率下降和电磁干扰(EMI)增加

有问题欢迎在评论区留言交流哦!

硬件那点事儿 专注于硬件电路相关设计技术分享与交流,器件选型,电源/采样/驱动等电路设计,EMC测试等
评论 (0)
  • 北京贞光科技有限公司作为紫光同芯产品的官方代理商,为客户提供车规安全芯片的硬件、软件SDK销售及专业技术服务,并且可以安排技术人员现场支持客户的选型和定制需求。在全球汽车电子市场竞争日益激烈的背景下,中国芯片厂商正通过与国际领先企业的深度合作,加速融入全球技术生态体系。近日,紫光同芯与德国HighTec达成的战略合作标志着国产高端车规芯片在国际化道路上迈出了关键一步,为中国汽车电子产业的发展注入了新的活力。全栈技术融合:打造国际化开发平台紫光同芯与HighTec共同宣布,HighTec汽车级编译
    贞光科技 2025-03-31 14:44 121浏览
  • 升职这件事,说到底不是单纯靠“干得多”或者“喊得响”。你可能也看过不少人,能力一般,甚至没你努力,却升得飞快;而你,日复一日地拼命干活,升职这两个字却始终离你有点远。这种“不公平”的感觉,其实在很多职场人心里都曾经出现过。但你有没有想过,问题可能就藏在一些你“没当回事”的小细节里?今天,我们就来聊聊你升职总是比别人慢,可能是因为这三个被你忽略的小细节。第一:你做得多,但说得少你可能是那种“默默付出型”的员工。项目来了接着干,困难来了顶上去,别人不愿意做的事情你都做了。但问题是,这些事情你做了,却
    优思学院 2025-03-31 14:58 101浏览
  • 提到“质量”这两个字,我们不会忘记那些奠定基础的大师们:休哈特、戴明、朱兰、克劳士比、费根堡姆、石川馨、田口玄一……正是他们的思想和实践,构筑了现代质量管理的核心体系,也深远影响了无数企业和管理者。今天,就让我们一同致敬这些质量管理的先驱!(最近流行『吉卜力风格』AI插图,我们也来玩玩用『吉卜力风格』重绘质量大师画象)1. 休哈特:统计质量控制的奠基者沃尔特·A·休哈特,美国工程师、统计学家,被誉为“统计质量控制之父”。1924年,他提出世界上第一张控制图,并于1931年出版《产品制造质量的经济
    优思学院 2025-04-01 14:02 105浏览
  • 在不久前发布的《技术实战 | OK3588-C开发板上部署DeepSeek-R1大模型的完整指南》一文中,小编为大家介绍了DeepSeek-R1在飞凌嵌入式OK3588-C开发板上的移植部署、效果展示以及性能评测,本篇文章不仅将继续为大家带来关于DeepSeek-R1的干货知识,还会深入探讨多种平台的移植方式,并介绍更为丰富的交互方式,帮助大家更好地应用大语言模型。1、移植过程1.1 使用RKLLM-Toolkit部署至NPURKLLM-Toolkit是瑞芯微为大语言模型(LLM)专门开发的转换
    飞凌嵌入式 2025-03-31 11:22 222浏览
  • 引言在语音芯片设计中,输出电路的设计直接影响音频质量与系统稳定性。WT588系列语音芯片(如WT588F02B、WT588F02A/04A/08A等),因其高集成度与灵活性被广泛应用于智能设备。然而,不同型号在硬件设计上存在关键差异,尤其是DAC加功放输出电路的配置要求。本文将从硬件架构、电路设计要点及选型建议三方面,解析WT588F02B与F02A/04A/08A的核心区别,帮助开发者高效完成产品设计。一、核心硬件差异对比WT588F02B与F02A/04A/08A系列芯片均支持PWM直推喇叭
    广州唯创电子 2025-04-01 08:53 145浏览
  • 职场之路并非一帆风顺,从初入职场的新人成长为团队中不可或缺的骨干,背后需要经历一系列内在的蜕变。许多人误以为只需努力工作便能顺利晋升,其实核心在于思维方式的更新。走出舒适区、打破旧有框架,正是让自己与众不同的重要法宝。在这条道路上,你不只需要扎实的技能,更需要敏锐的观察力、不断自省的精神和前瞻的格局。今天,就来聊聊那改变命运的三大思维转变,让你在职场上稳步前行。工作初期,总会遇到各式各样的难题。最初,我们习惯于围绕手头任务来制定计划,专注于眼前的目标。然而,职场的竞争从来不是单打独斗,而是团队协
    优思学院 2025-04-01 17:29 93浏览
  •        在“软件定义汽车”的时代浪潮下,车载软件的重要性日益凸显,软件在整车成本中的比重逐步攀升,已成为汽车智能化、网联化、电动化发展的核心驱动力。车载软件的质量直接关系到车辆的安全性、可靠性以及用户体验,因此,构建一套科学、严谨、高效的车载软件研发流程,确保软件质量的稳定性和可控性,已成为行业共识和迫切需求。       作为汽车电子系统领域的杰出企业,经纬恒润深刻理解车载软件研发的复杂性和挑战性,致力于为O
    经纬恒润 2025-03-31 16:48 81浏览
  • 文/Leon编辑/cc孙聪颖‍步入 2025 年,国家进一步加大促消费、扩内需的政策力度,家电国补政策将持续贯穿全年。这一利好举措,为行业发展注入强劲的增长动力。(详情见:2025:消费提振要靠国补还是“看不见的手”?)但与此同时,也对家电企业在战略规划、产品打造以及市场营销等多个维度,提出了更为严苛的要求。在刚刚落幕的中国家电及消费电子博览会(AWE)上,家电行业的竞争呈现出胶着的态势,各大品牌为在激烈的市场竞争中脱颖而出,纷纷加大产品研发投入,积极推出新产品,试图提升产品附加值与市场竞争力。
    华尔街科技眼 2025-04-01 19:49 76浏览
  • 引言随着物联网和智能设备的快速发展,语音交互技术逐渐成为提升用户体验的核心功能之一。在此背景下,WT588E02B-8S语音芯片,凭借其创新的远程更新(OTA)功能、灵活定制能力及高集成度设计,成为智能设备语音方案的优选。本文将从技术特性、远程更新机制及典型应用场景三方面,解析该芯片的技术优势与实际应用价值。一、WT588E02B-8S语音芯片的核心技术特性高性能硬件架构WT588E02B-8S采用16位DSP内核,内部振荡频率达32MHz,支持16位PWM/DAC输出,可直接驱动8Ω/0.5W
    广州唯创电子 2025-04-01 08:38 133浏览
  • 文/郭楚妤编辑/cc孙聪颖‍不久前,中国发展高层论坛 2025 年年会(CDF)刚刚落下帷幕。本次年会围绕 “全面释放发展动能,共促全球经济稳定增长” 这一主题,吸引了全球各界目光,众多重磅嘉宾的出席与发言成为舆论焦点。其中,韩国三星集团会长李在镕时隔两年的访华之行,更是引发广泛热议。一直以来,李在镕给外界的印象是不苟言笑。然而,在论坛开幕前一天,李在镕却意外打破固有形象。3 月 22 日,李在镕与高通公司总裁安蒙一同现身北京小米汽车工厂。小米方面极为重视此次会面,CEO 雷军亲自接待,小米副董
    华尔街科技眼 2025-04-01 19:39 81浏览
  • 在智能交互设备快速发展的今天,语音芯片作为人机交互的核心组件,其性能直接影响用户体验与产品竞争力。WT588F02B-8S语音芯片,凭借其静态功耗<5μA的卓越低功耗特性,成为物联网、智能家居、工业自动化等领域的理想选择,为设备赋予“听得懂、说得清”的智能化能力。一、核心优势:低功耗与高性能的完美结合超低待机功耗WT588F02B-8S在休眠模式下待机电流仅为5μA以下,显著延长了电池供电设备的续航能力。例如,在电子锁、气体检测仪等需长期待机的场景中,用户无需频繁更换电池,降低了维护成本。灵活的
    广州唯创电子 2025-04-02 08:34 50浏览
  • 据先科电子官方信息,其产品包装标签将于2024年5月1日进行全面升级。作为电子元器件行业资讯平台,大鱼芯城为您梳理本次变更的核心内容及影响:一、标签变更核心要点标签整合与环保优化变更前:卷盘、内盒及外箱需分别粘贴2张标签(含独立环保标识)。变更后:环保标识(RoHS/HAF/PbF)整合至单张标签,减少重复贴标流程。标签尺寸调整卷盘/内盒标签:尺寸由5030mm升级至**8040mm**,信息展示更清晰。外箱标签:尺寸统一为8040mm(原7040mm),提升一致性。关键信息新增新增LOT批次编
    大鱼芯城 2025-04-01 15:02 152浏览
  • REACH和RoHS欧盟两项重要的环保法规有什么区别?适用范围有哪些?如何办理?REACH和RoHS是欧盟两项重要的环保法规,主要区别如下:一、核心定义与目标RoHS全称为《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》,旨在限制电子电器产品中的铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、六价铬(Cr6+)、多溴联苯(PBBs)和多溴二苯醚(PBDEs)共6种物质,通过限制特定材料使用保障健康和环境安全REACH全称为《化学品的注册、评估、授权和限制》,覆盖欧盟市场所有化学品(食品和药品除外),通过登
    张工13144450251 2025-03-31 21:18 105浏览
我要评论
0
0
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