功率場效應晶體管

即是在 大功率範圍應用的場效應晶體管，它也稱作功率 MOSFET，其優點表現在以下幾個方面：

1. 具有較高的 開關速度。

2. 具有較寬的安全工作區而 不會產生熱點，並且具有正的 電阻溫度係數，因此適合進行 並聯使用。

3. 具有較高的 可靠性。

4. 具有較強的 過載能力。短時過載能力 通常額定值的4倍。

5. 具有較高的 開啟電壓，即是 閾值電壓，可達2~6V(一般在1.5V~5V之間）。當環境 雜訊較高時，可以選 用 閾值電壓較高的管子，以提高 抗干擾能力；反之，當雜訊較低時，選用閾值電壓較低的管子，以降低所需的輸入驅動信號電壓。給電路設計帶來了極大地方便。

6. 由於它是 電壓控制器件，具有很高的 輸入阻抗，因此其驅動功率很小，對驅動電路要求較低。

由於這些明顯的優點，功率場效應晶體管在電機調速，開關電源等各種領域應用的非常廣泛。

功率場效應晶體管及其特性

一、功率場效應晶體管是 電壓控制器件，在功率場效應晶體管中較多採用的是 V溝槽工藝，這種工藝生產地管稱為 VMOS場效應晶體管，它的柵極做成V型，有溝道短、耐壓能力強、跨導線性好、開關速度快等優點，故在 功率應用領域有著廣泛的應用，出現一種更好的叫 TMOS管，它是在 VMOS管基礎上改進而成的，沒有V形槽，只形成了 很短的導通溝槽。

二、功率場效應晶體管的基本參數及符號

1.極限參數和符號

（1）漏源極間短路時，柵漏極間的耐壓VGDS

（2）漏源極間開路時，柵漏極間的耐壓VGSO

（3）柵源極在規定的偏壓下，漏源極間耐壓VDSX

（4）擊穿電壓BVDS

（5）柵極電流IG

（6）最大漏電極耗散功率PD

（7）溝道溫度TGH，存儲溫度TSTG

2.電氣特性參數和符號

（1）柵極漏電電流IGSS

（2）漏極電流IDSS

（3）夾斷電壓VP

（4）柵源極門檻極電壓VGS（th）

（5）導通時的漏極電流ID（on）

（6）輸入電容Ciss

（7）反向傳輸電容Crss

（8）導通時的漏源極間電阻RDS（on）

（9）導通延時時間td（on）

（10）上升時間tr

（11）截止延時時間td（off）

（12）下降時間tf

這些參數反映了功率場效應晶體管在開關工作狀態下的 瞬間響應特性，在功率場效應晶體管用於電機控制等用途時特別有用。

利用 半導體的場效應製作的功率晶體管。半導體的場效應指通過垂直於半導體表面的 外加電場，可以控制或改變靠近表面附近薄層內半導體的導電特性。功率場效應晶體管元件符號如圖1所示。圖1中G、D、S分別代表其柵極、漏極和源極。功率MOSFET(金屬－氧化物-半導體場效應晶體管)是最重要的一種功率場效應晶體管，除此之外還有MISFET、MESFET、JFET等幾種。功率MOSFET為 功率集成器件，內含數百乃至上萬個相互並聯的MOSFET單元。為提高其集成度和耐壓性，大都採用垂直結構(即VMOS)，如VVMOS（V型槽結構）、VUMOS、SIPMOS等。圖2顯示了一種SIPMOS（n溝道增強型功率MOSFET）的部分剖面結構。其柵極用導電的多晶硅製成，柵極與半導體之間有一層 二氧化硅薄膜，柵極與源極位於矽片的同一面，漏極則在背面。從總體上看，漏極電流垂直地流過矽片，漏極和源極間電壓也加在矽片的兩個面之間。該器件屬於耗盡型n溝道的功率MOSFET，其源極和漏極之間有一n型導電溝道，改變柵極對源極的電壓，可以控制通過溝道的電流大小。耗盡型器件在其柵極電壓為零時也存在溝道，而 增強型器件一定要施加柵極電壓才有溝道出現。與n溝道器件對應，還有p溝道的功率MOSFET。圖3為圖2所示SIPMOS的輸出特性。它表明了柵極的控制作用及不同柵極電壓下，漏極電流與漏極電壓之間的關係。圖3中，在非飽和區(Ⅰ),源極和漏極間相當於一個小電阻；在亞閾值區(Ⅲ)則表現為開路；在飽和區(Ⅱ)，器件具有放大作用。

功率MOSFET屬於 電壓型控制器件。它依靠多數載流子工作，因而具有許多優點：能與集成電路直接相連；開關頻率可在數兆赫以上（可達100MHz），比雙極型功率晶體管(GTR)至少高10倍；導通電阻具有正溫度係數，器件不易發生二次擊穿，易於並聯工作。與GTR相比，功率MOSFET的導通電阻較大，電流密度不易提高，在100kHz以下頻率工作時，其功率損耗高於GTR。此外，由於導電溝道很窄（微米級）,單元尺寸精細，其製作也較GTR困難。在80年代中期，功率MOSFET的容量還不大（有100A/60V，75A/100V，5A/1000V等幾種）。

功率MOSFET是70年代末開始應用的 新型電力電子器件，適合於 數千瓦以下的電力電子裝置，能顯著縮小裝置的體積並提高其性能，預期將逐步取代同容量的 GTR。功率MOSFET的發展趨勢是提高容量，普及應用，與其他器件結合構成複合管，將多個元件製成組件和模塊，進而與控制線路集成在一個模塊中（這將會更新電力電子線路的概念）。此外，隨著頻率的進一步提高，將出現能工作在微波領域的大容量功率MOSFET。