6.场效应晶体管-MOSFET
场效应管和mos管的区别
功率场效应晶体管MOSFET1.概述MOSFET的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体），FET（Field Effect Transistor场效应晶体管），即以金属层（M）的栅极隔着氧化层（O）利用电场的效应来控制半导体（S）的场效应晶体管。
功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET）,简称功率MOSFET（Power MOSFET）。
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。
2.功率MOSFET的结构和工作原理功率MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。
按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零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。
2.1功率MOSFET的结构功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示；其导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是单极型晶体管。
导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别，小功率MOS管是横向导电器件，功率MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET （Vertical MOSFET），大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。
按垂直导电结构的差异，又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET），本文主要以VDMOS 器件为例进行讨论。
mosfet的主要参数
mosfet的主要参数MOSFET的主要参数MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种常用的功率开关器件，广泛应用于电子设备中。
在选择和使用MOSFET时，了解其主要参数是非常重要的。
本文将介绍MOSFET的主要参数，并解释其在电路设计中的作用。
1. 阈值电压（Vth）：阈值电压是指MOSFET在控制端（Gate）和源极（Source）之间的电压，当该电压超过阈值电压时，MOSFET将开始导通。
阈值电压是决定MOSFET导通和截止的重要参数，对于控制MOSFET的开关特性非常关键。
2. 最大漏极电流（Idmax）：最大漏极电流是指MOSFET在导通状态下能够承受的最大漏极电流。
超过这个电流，MOSFET可能会受损或过载。
根据所需的电流要求，选择具有足够大的最大漏极电流的MOSFET是非常重要的。
3. 最大漏极-源极电压（Vdsmax）：最大漏极-源极电压是指MOSFET可以承受的最大漏极-源极电压。
超过这个电压，MOSFET可能会被击穿而损坏。
在选择MOSFET 时，应考虑所需的工作电压范围，并选择具有足够高的最大漏极-源极电压的器件。
4. 开启电阻（Rds(on)）：开启电阻是指MOSFET在导通状态下的电阻值。
它是决定MOSFET导通时功耗和效率的重要参数。
开启电阻越小，MOSFET 导通时的功耗就越低，效率就越高。
因此，在功率开关电路中，选择具有较小开启电阻的MOSFET可以提高系统的效率。
5. 共源极电容（Coss）：共源极电容是指MOSFET的源极与栅极之间的电容。
它是影响MOSFET开关速度和开关损耗的重要参数。
较大的共源极电容会导致更长的开关时间和更高的开关损耗。
因此，在高频应用中，选择具有较小共源极电容的MOSFET可以提高系统的性能。
6. 输出电容（Cout）：输出电容是指MOSFET的漏极与源极之间的电容。
它是影响MOSFET开关速度和开关损耗的另一个重要参数。
较大的输出电容会导致更长的开关时间和更高的开关损耗。
场效应晶体管参数
场效应晶体管参数
场效应晶体管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种三端器件，常见的有金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅场效应晶体管（IGFET，包括MOSFET的一种）。
以下是场效应晶体管的一些重要参数：
1.栅极-源极电压（Vgs）：栅极与源极之间的电压，它控制了场效应晶体管的导电状态。
2.漏极-源极电压（Vds）：漏极与源极之间的电压，决定了场效应晶体管的工作区域，包括饱和区和截止区。
3.漏极电流（Id）：从漏极到源极的电流，是场效应晶体管的输出电流，由Vgs和Vds 决定。
4.栅源电流（Igs）：流入或流出栅极的电流。
5.漏极电阻（Rd）：在特定工作点下，漏极电流和漏极-源极电压之间的比值。
6.跨导（Transconductance，gm）：栅极-源极电压变化引起的漏极电流变化的比率。
7.截止电压（Vth）：在栅极-源极电压为零时，漏极电流等于零的电压。
8.饱和电压（Vsat）：在工作区域为饱和时，漏极-源极电压的最小值。
9.电流增益（β）：漏极电流与栅源电流的比值。
10.输入电容（Ciss）：输入端（栅极）与输出端（漏极和源极）之间的总电容。
这些参数在设计和分析场效应晶体管电路时非常重要，工程师们使用它们来确定器件的性能和适用范围。
不同类型的场效应晶体管会有一些额外或不同的参数，具体取决于器件的结构和工作原理。
MOSFET介绍解读
MOSFET介绍解读MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）是一种常用的场效应晶体管，是现代电子设备中的重要组成部分。
它具有高速开关速度、低功耗和较低的驱动电压等优势，广泛用于各种集成电路和功率电子应用中。
本文将对MOSFET进行介绍和解读。
MOSFET是一种三端器件，包括源极(S)、漏极(D)和栅极(G)。
它是由P型或N型半导体基片、氧化层和金属电极组成。
栅极下方通过氧化层与基片隔离，形成栅氧化物层，从而实现对栅极与基片之间的电荷的控制。
MOSFET的工作原理是通过调节栅极电场来控制漏极和源极之间的电流。
当MOSFET的栅极电压低于阈值电压时，它处于截止状态，漏极和源极之间的电阻很大，几乎没有电流通过。
当栅极电压高于阈值电压时，MOSFET处于开启状态，可以通过控制栅极电压来控制漏极和源极之间的电流大小。
此特性使得MOSFET成为理想的开关器件。
此外，MOSFET还具有较低的驱动电压要求。
由于栅极控制电路的电流很小，MOSFET可以通过低电压驱动，减少功耗和成本。
这也为集成电路提供了更多的设计灵活性。
然而，MOSFET也存在一些局限性和挑战。
首先，栅极电荷的建立和移除需要一定的时间，导致MOSFET的开关速度受到限制。
其次，MOSFET 的工作温度范围较窄，而且对温度的敏感性较高。
另外，MOSFET在高电压应用中也存在一些问题，如漏电和击穿等。
为了克服这些挑战，研究人员和工程师不断改进MOSFET的设计和制造工艺。
例如，引入新的材料和结构可以提高MOSFET的开关速度和功率密度。
而采用新的封装和散热技术可以提高MOSFET的功率处理能力和热稳定性。
总的来说，MOSFET是一种重要的半导体器件，具有许多优点，如低功耗、高速开关速度和较低的驱动电压要求。
它在各种领域的应用广泛，包括集成电路、功率电子、射频和通信等。
通过不断的研究和创新，MOSFET的性能将进一步得到改善，为我们的现代电子设备提供更高效、更可靠的解决方案。
场效应管和mos管的区别综述
2.3.1静态特性；其转移特性和T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
MOSFET的漏极伏安特性（输出特性）：截止区（对应于GTR的截止区）；饱和区（对应于GTR的放大区）；非饱和区（对应于GTR的饱和区）。电力MOSFET工作在开关状态，即在截止区和非饱和区之间来回转换。电力MOSFET漏源极之间有寄生二极管，漏源极间加反向电压时器件导通。电力MOSFET的通态电阻具有正温度系数，对器件并联时的均流有利。
开通时间ton—开通延迟时间与上升时间之和。
关断延迟时间td(off) —up下降到零起，Cin通过Rs和RG放电，uGS按指数曲线下降到UGSP时，iD开始减小为零的时间段。
下降时间tf— uGS从UGSP继续下降起，iD减小，到uGS<UT时沟道消失，ID下降到零为止的时间段。
关断时间toff—关断延迟时间和下降时间之和。
首先MOSFET结构中所附带的本征二极管具有一定的雪崩能力。通常用单次雪崩能力和重复雪崩能力来表达。当反向di/dt很大时，二极管会承受一个速度非常快的脉冲尖刺，它有可能进入雪崩区，一旦超越其雪崩能力就有可能将器件损坏。作为任一种PN结二极管来说，仔细研究其动态特性是相当复杂的。它们和我们一般理解PN结正向时导通反向时阻断的简单概念很不相同。当电流迅速下降时，二极管有一阶段失去反向阻断能力，即所谓反向恢复时间。PN结要求迅速导通时，也会有一段时间并不显示很低的电阻。在功率MOSFET中一旦二极管有正向注入，所注入的少数载流子也会增加作为多子器件的MOSFET的复杂性。
2.功率MOSFET的结构和工作原理
功率MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零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。
功率场效应晶体管(MOSFET)基本知识.
功率场效应晶体管(MOSFET)基本知识功率场效应管(Power MOSFET)也叫电力场效应晶体管，是一种单极型的电压控制器件，不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。
由于其易于驱动和开关频率可高达500kHz，特别适于高频化电力电子装置，如应用于DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。
但因为其电流、热容量小，耐压低，一般只适用于小功率电力电子装置。
一、电力场效应管的结构和工作原理电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。
在电力电子装置中，主要应用N沟道增强型。
电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同，但结构有很大区别。
小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件，导电沟道平行于芯片表面，横向导电。
电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构，提高了器件的耐电压和耐电流的能力。
按垂直导电结构的不同，又可分为2种：V形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET。
电力场效应晶体管采用多单元集成结构，一个器件由成千上万个小的MOSFET组成。
N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图，如图1(a)所示。
电气符号，如图1(b)所示。
电力场效应晶体管有3个端子：漏极D、源极S和栅极G。
当漏极接电源正，源极接电源负时，栅极和源极之间电压为0，沟道不导电，管子处于截止。
如果在栅极和源极之间加一正向电压UGS，并且使UGS大于或等于管子的开启电压UT，则管子开通，在漏、源极间流过电流ID。
UGS超过UT越大，导电能力越强，漏极电流越大。
二、电力场效应管的静态特性和主要参数Power MOSFET静态特性主要指输出特性和转移特性，与静态特性对应的主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流和栅极开启电压等。
1、静态特性（1）输出特性输出特性即是漏极的伏安特性。
特性曲线，如图2(b)所示。
MOSFET_MOS管特性参数的理解
MOSFET_MOS管特性参数的理解MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种常用的半导体器件，具有较高的性能和功耗优势。
了解MOSFET的特性参数对于设计和应用电子电路至关重要。
下面将从基本结构、特性参数和其理解等方面进行详细阐述。
MOSFET 的基本结构如下：它由源极、漏极、栅极和底座四个引脚组成，其中源极(source)和漏极(drain)与半导体结成二极管，栅极(gate)则是介质氧化铝上的金属引脚。
其中金属层和介质氧化铝之间的结构形成了场效应管，因此被称为MOS管。
接下来是几个关键的特性参数：1. 阈值电压：阈值电压（Threshold Voltage，简称Vth）是MOSFET 的一个重要参数，它表示了在栅极和漏极之间形成导电路径的最低电压。
当栅极电压高于Vth 时，MOSFET 开始工作并形成导通通道。
2. 饱和电流：饱和电流（Saturation Current，简称Isat）是指在MOSFET 处于饱和工作区时的漏极电流，也称为最大漏极电流。
在饱和区，漏极电流与栅极电压成非线性关系。
3. 输出电导：输出电导（Output Conductance，简称gds）表示了MOSFET 在饱和状态时，输出电流变化对栅极漏极电压的敏感程度。
较高的输出电导意味着MOSFET 在饱和区的输出电流更敏感，从而使其在放大器等应用中更可靠。
4. 线性区增益：线性区增益（Linear Region Gain，简称gm）表示MOSFET 在线性工作区时，输入阻抗和输出阻抗间的关系。
该参数也可以用来衡量MOSFET 对输入信号的放大能力。
5. 输出电容：输出电容（Output Capacitance，简称Coss）表示栅极和漏极之间的电容。
这个电容会导致MOSFET 在高频应用中的频率响应减弱，影响其性能。
以上只是几个主要的特性参数，实际上MOSFET 还有很多其他的参数，如输入电容（Input Capacitance）、迁移率（Mobility）、开启延迟（Turn-on Delay）和反向转移电容（Reverse Transfer Capacitance）等。
场效应晶体管工作原理
场效应晶体管(简称FET)是一种重要的半导体元件，广泛应用于电子电路中。
本文将介绍FET的工作原理及其应用。
一、FET的结构和原理
FET由栅极、漏极和源极组成。
其工作原理基于场效应，即栅极电场的变化会影响漏极和源极之间的电阻。
当栅极电压为零时，漏极和源极之间形成导电通道，电流可以流过。
当栅极电压增加时，导电通道被挤压，电阻增加，电流减小。
二、FET的种类
FET主要分为两种类型：MOSFET和JFET。
MOSFET是金属氧化物半导体场效应晶体管，栅极与漏极之间有一个氧化物层。
JFET是结型场效应晶体管，栅极和源极之间有一段正负掺杂的半导体构成的“结”。
三、FET的应用
FET广泛应用于放大器、开关、振荡器等电子电路中。
由于FET具有低噪声和高输入电阻等优点，特别适合用于放大高频信号。
同时，FET还可用于制作数字电路中的开关和存储器。
四、FET的参数
FET的主要参数有：漏极电流、漏极电流饱和电压、转移电导、栅极静态电容等。
这些参数可以通过特定测试电路测量得到，并用于FET的特性曲线分析和电路设计。
五、FET的发展趋势
随着电子器件的发展，FET也在不断发展。
例如，增加了阻隔层的高压MOSFET可以应用于高压电路中。
此外，由于FET无法直接驱动电机等高功率负载，在实际应用中常常需要与场效应晶体管驱动器结合使用。
总之，FET作为一种重要的半导体元件，不断在电子器件领域中得到应用和发展，为电路设计带来更多便利。
MOSFET的参数讲解
MOSFET的参数讲解MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种重要的电子器件，具有广泛的应用。
它的参数有很多，包括导通电阻（Rdson）、漏极电流（Id）、栅极电压（Vgs）、栅极源极电压（Vgs-th）等，下面将详细讲解这些参数。
首先是导通电阻（Rdson），也称为开通电阻。
它是MOSFET导通时的电阻，通常用来衡量MOSFET的导通能力。
较小的导通电阻表示较好的导通性能，因为更小的电阻意味着低功耗和高效率。
导通电阻与MOSFET的尺寸、材料以及工作电流等因素有关。
漏极电流（Id）是指从漏极到源极的电流。
它是MOSFET工作时的主要电流，控制着MOSFET的导通能力。
较小的漏极电流表示较好的关断状态，因为关断状态下漏极电流应尽可能接近于零。
漏极电流大小取决于工作电压和工作温度。
栅极电压（Vgs）是应用在栅极和源极之间的电压，用来控制MOSFET 的导通和关断。
较大的栅极电压可以将MOSFET导通，而较小的栅极电压则将MOSFET关断。
栅极电压通常是从0V到正电压范围内。
栅极源极电压（Vgs-th）是指在栅极电压下，MOSFET开始导通的临界电压。
当栅极源极电压小于或等于Vgs-th时，MOSFET处于关断状态；当栅极源极电压大于Vgs-th时，MOSFET开始导通。
这个参数决定了MOSFET的导通阈值。
除了以上参数，还有一些其他重要的MOSFET参数，包括栅极电容（Cgs、Cgd、Cgs）、漏极电容（Cds、Cdg）和开关时间（tON、tOFF）。
栅极电容是指在不同电压下，栅极和源极之间的电容。
它对于MOSFET的高频响应和开关速度具有重要影响。
较小的栅极电容通常意味着更快的开关速度和更高的工作频率。
漏极电容是指在不同电压下，漏极和源极之间的电容。
它对于MOSFET的高频响应和开关速度同样具有重要影响。
较小的漏极电容有助于提高开关速度和降低功耗。
开关时间是指MOSFET从关断到导通或从导通到关断所需的时间。
功率场效应晶体管(MOSFET)的工作原理、特性及主要参数
功率场效应晶体管（MOSFET）的工作原理、特性及主要参数功率场效应晶体管（Power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET）。
其特点是：属于电压型全控器件、栅极静态内阻极高（109Ω）、驱动功率很小、工作频率高、热稳定性好、无二次击穿、安全工作区宽等；但MOSFET的电流容量小、耐压低、功率不易做得过大，常用于中、小功率开关电路中。
MOSFET的结构和工作原理1.MOSFET的结构MOSFET和小功率MOS管导电机理相同，但在结构上有较大的区别。
小功率MOS管是一次扩散形成的器件，其栅极G、源极S和漏极D在芯片的同一侧。
而MOSFET主要采用立式结构，其3个外引电极与小功率MOS管相同，为栅极G、源极S和漏极D，但不在芯片的同一侧。
MOSFET的导电沟道分为N沟道和P沟道，栅偏压为零时漏源极之间就存在导电沟道的称为耗尽型，栅偏压大于零（N沟道）才存在导电沟道的称为增强型。
MOSFET的电气符号如图1所示，图1（a）表示N沟道MOSFET，电子流出源极；图1（b）表示P沟道MOSFET，空穴流出源极。
从结构上看，MOSFET还含有一个由S极下的P区和D极下的N区形成的寄生二极管，该寄生二极管的阳极和阴极就是MOSFET的S极和D极，它是与MOSFET不可分割的整体，使MOSFET无反向阻断能力。
图1中所示的虚线部分为寄生二极管。
图1 MOSFET的电气符号2.MOSFET的工作原理（1）当栅源电压uGS=0时，栅极下的P型区表面呈现空穴堆积状态，不可能出现反型层，无法沟通漏源极。
此时，即使在漏源极之间施加电压，MOS管也不会导通。
MOSFET结构示意图如图2（a）所示。
图2 MOSFET结构示意图（2）当栅源电压uGS＞0且不够充分时，栅极下面的P型区表面呈现耗尽状态，还是无法沟通漏源极，此时MOS管仍保持关断状态，如图2（b）所示。
mosfet工艺类型
MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种常见的半导体器件，用于放大和开关电子信号。
以下是一些常见的 MOSFET 工艺类型：
1. 平面工艺：这是最基本的 MOSFET 工艺类型，其中晶体管的沟道是在硅片的平面上形成的。
这种工艺简单且成本低，但在高频率下性能有限。
2. 鳍式场效应晶体管（FinFET）工艺：在这种工艺中，晶体管的沟道是由硅片上的薄鳍片形成的。
这种结构可以提高晶体管的性能，特别是在高频率下。
3. 纳米线晶体管（NanoWire FET）工艺：在这种工艺中，晶体管的沟道是由硅片上的纳米线形成的。
这种结构可以进一步提高晶体管的性能，但制造工艺更为复杂。
4. 垂直 MOSFET（VMOS）工艺：在这种工艺中，晶体管的沟道是垂直于硅片表面的。
这种结构可以提高晶体管的功率处理能力，但在高频率下性能有限。
5. 双重扩散 MOSFET（DMOS）工艺：在这种工艺中，晶体管的沟道是通过两次扩散过程形成的。
这种结构可以提高晶体管的功率处理能力和开关速度。
这些是一些常见的 MOSFET 工艺类型，每种工艺类型都有其独特的优缺点，适用于不同的应用场景。
随着技术的不断发展，新的 MOSFET 工艺类型也在不断涌现。
半导体器件物理第六章--MOSFET
（6-2-24）
C ⎡ ⎛ 2C = ⎢1 + ⎜ Co ⎣ ⎝ qN a ∈S
⎞ ⎤ ⎟ VG ⎥ ⎠ ⎦
− 12
⎡ ⎤ 2 ∈0 V = ⎢1 + 2 G⎥ ⎣ qN a ∈S xo ⎦
2
− 12
（6-2-2 5）
归一化电容 C C 0 随着外加偏压 VG 的增加而减小. 反型区（ VG >0）
2010-1-5
科学出版社 高等教育出版中心
9
6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区
图6-4 几种偏压情况的能带和电荷分布
2010-1-5
科学出版社 高等教育出版中心
10
6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区
载流子耗尽 单位面积下的总电荷为
QS = QB = − qN a x d
2 qN a xd ψS = 2 ∈s
13
6.1 理想MOS结构的表面空间电荷区
xdm 4ε sφ f 2ε sψ si = = qN a qN a
（6-1-21） （6-1-22）
QB = −qN a xdm
总表面空间电荷
QS = QI + QB = QI − qN a xdm
（6-1-23）
QI为反型层中单位面积下的可动电荷即沟道电荷：
2010-1-5
பைடு நூலகம்
（6-2-4）
科学出版社 高等教育出版中心
20
6.2 理想MOS电容器
则
1 1 1 = + C Co CS
（6-2-5）
Co =绝缘层单位面积上的电容，
C S =半导体表面空间电荷区单位面积电容。
C 1 = Co 1 + Co CS
电力场效应晶体管(MOSFET)
跨导反映了栅源电压对漏极电流的控制能力。
电力电子器件概述
7 极间 电容
MOSFET的三个电极之间分别存 在极间电容CGS、CGD和CDS。
一般生产厂家提供的是漏源极短路的输入电容Ciss、 共源极输出电容Ccss和反向转移电容Crss。它们之 间的关系是：
Ciss=CGS+CGD Crss=CGD Ccss=CDS+CGD
场效应管能承受的最高工 作电压，是标称MOSFET 额定电压的参数。
通常选UDS为实际工作电压的2~3倍。
2 漏极直流 电流ID和 漏极脉冲 电流幅值 IDM
3
通态 电阻 Ron
电力电子器件概述
在规定的测试条件下，最大 漏极直流电流、漏极脉冲电 流的幅值，是标称MOSFET额 定电流的参数。
在一定栅源电压下，MOSFET 从可变电阻区进入饱和区时的 直流电阻值。
一次开通、关断损耗分别为Pon、Poff，则有
开关损耗： PS=(Pon+Poff)ƒ
通态损耗： PC=RonID²
断态损耗： PL=0
应用高频开关
MOSFET内部发热功率 : PD≈PS+P注C 意开关损耗
使用时应限制器件的功耗，使PD>PDmax，并提供
良好的散热条件使器件温升不超过额定温升。
电力电子器件概述
过式 Ps=1/2UdI0fs(tc(on)+tc(off)) 可知，此时可以具有很 高的开关速度。
❊300~400V等级的MOSFET仅仅当开关频率超出
30~100kHZ时才与双极晶体管差不多。
❊低电压时多选择MOSFET。
电力电子器件概述
❊当额定电压超过1000V，但额定电流比较小时，
mosfet芯片
mosfet芯片MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种常见的场效应晶体管，广泛应用于电子设备中。
它具有低功耗、高电流驱动能力和工作频率高等特点，在现代电子领域中扮演着重要的角色。
MOSFET芯片的结构是由金属电极、氧化物层和半导体层构成的。
金属电极一般作为源极和漏极，氧化物层被用作隔离层，半导体层则负责电流的输送。
因此，MOSFET芯片的主要工作原理是利用电场调控半导体层的导电性。
当MOSFET芯片工作时，源极和漏极之间加上一定的电压，形成漏极电流。
而在导通状态下，通过控制栅极电压，可以改变源-漏极之间的电压，从而改变MOSFET的电流。
这种通过电场来控制电流的特性使得MOSFET成为电子设备中的重要元件。
MOSFET芯片还具有很多优点。
首先，它的阻抗很高，可以减少功率损耗和电流泄漏。
其次，MOSFET芯片的开关速度很快，能够实现高速的电子通信和数据处理。
此外，它的体积小、成本低，容易集成到电路中，具有良好的可靠性和稳定性。
MOSFET芯片应用广泛。
在电子器件中，如手机、电视、电脑等，MOSFET被用作功率放大器、开关和变压器等。
在能源管理中，MOSFET芯片用于直流-交流逆变器、电源管理等。
此外，MOSFET还广泛应用于汽车电子、太阳能电池、工业控制等领域。
然而，MOSFET芯片也存在一些问题。
首先，由于电场调控的原理，当栅极电压过高或过低时，可能会导致芯片损坏或不正常工作。
其次，MOSFET芯片在高温和高电压下容易产生热失控，需要进行散热设计。
此外，MOSFET的尺寸缩小会带来通道长度调制效应和量子效应等问题，需要针对性的技术改进。
综上所述，MOSFET芯片是一种十分重要和常见的电子器件，具有低功耗、高电流驱动能力和工作频率高等特点。
它的工作原理是利用电场调控半导体层的导电性，广泛应用于电子设备、能源管理和工业控制等领域。
然而，它也存在一些问题，需要注意其工作条件和散热设计。
场效应管和mos管的区别综述
功率场效应晶体管MOSFET1.概述MOSFET的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体），FET（Field Effect Transistor场效应晶体管），即以金属层（M）的栅极隔着氧化层（O）利用电场的效应来控制半导体（S）的场效应晶体管。
功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET）,简称功率MOSFET（Power MOSFET）。
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。
2.功率MOSFET的结构和工作原理功率MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。
按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零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。
2.1功率MOSFET的结构功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示；其导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是单极型晶体管。
导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别，小功率MOS管是横向导电器件，功率MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET （Vertical MOSFET），大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。
按垂直导电结构的差异，又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET），本文主要以VDMOS 器件为例进行讨论。
mosfet的主要参数
mosfet的主要参数MOSFET的主要参数MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种常用的半导体器件，具有广泛的应用领域。
了解MOSFET的主要参数对于正确选择和应用这种器件至关重要。
本文将介绍MOSFET的几个重要参数，并对其进行详细阐述。
1. 阈值电压（Threshold Voltage）阈值电压是MOSFET的一个重要参数，表示在控制端（Gate）施加的电压达到使器件开始导通的临界点。
阈值电压的大小取决于MOSFET 的工艺和设计参数，通常用符号Vth表示。
较低的阈值电压意味着更容易控制MOSFET的导通和截止状态。
2. 最大漏极电流（Maximum Drain Current）最大漏极电流是指在特定工作条件下，MOSFET能够承受的最大漏极电流。
这个参数对于选择适当的工作范围和外部电路的设计至关重要。
通常用符号Idmax表示。
3. 导通电阻（On-Resistance）导通电阻是指当MOSFET处于导通状态时，漏极和源极之间的电阻。
导通电阻的大小直接影响到MOSFET的导通损耗和功率效率。
较低的导通电阻意味着更高的导通效率。
通常用符号Rds(on)表示。
4. 漏极-源极电压（Drain-Source Voltage）漏极-源极电压是指MOSFET允许的最大漏极电压。
超过这个电压，MOSFET可能会发生击穿或损坏。
正确选择MOSFET时，需要确保其漏极-源极电压能够满足实际应用中的需求。
通常用符号Vds表示。
5. 开关时间（Switching Time）开关时间是指MOSFET从导通到截止（或相反）的时间。
开关时间的大小对于高频应用和快速开关电路至关重要。
较短的开关时间可以提高系统的响应速度和效率。
6. 峰值电流（Peak Current）峰值电流是指MOSFET在开关过程中可能达到的最大电流值。
在一些特殊应用中，需要确保MOSFET能够承受瞬态过电流而不损坏。
7. 耗散功率（Power Dissipation）耗散功率是指MOSFET在工作过程中产生的热量。
MOS 场效应晶体管
工作原理
mosfet通过在金属-氧化物-半导 体结构上施加电压，控制电子流动， 实现信号放大和开关作用。
结构
mosfet由栅极、源极、漏极和半导 体层组成，具有对称的结构。
mos 场效应晶体管的应用
集成电路
mosfet是集成电路中的基本元件， 广泛应用于数字电路和模拟电路 中。
工作原理概述
电压控制
导电通道的形成与消失
mos场效应晶体管是一种电压控制器 件，通过在栅极施加电压来控制源极 和漏极之间的电流流动。
随着栅极电压的变化，导电通道的形 成与消失，从而控制源极和漏极之间 的电流流动。
反型层
当在栅极施加正电压时，会在半导体 表面产生一个反型层，使得源极和漏 极之间形成导电通道。
电压与电流特性
转移特性曲线
描述栅极电压与漏极电流之间关 系的曲线。随着栅极电压的增加， 漏极电流先增加后减小，呈现出
非线性特性。
跨导特性
描述源极电压与漏极电流之间关 系的曲线。跨导反映了mos场效
应晶体管的放大能力。
输出特性曲线
描述漏极电压与漏极电流之间关 系的曲线。在一定的栅极电压下， 漏极电流随着漏极电压的增加而
增加，呈现出线性特性。
Part
03
mos 场效应晶体管的类型与 特性
nmos 场效应晶体管
总结词
NMOS场效应晶体管是一种单极型晶体管，其导电沟道由负电荷主导。
详细描述
NMOS场效应晶体管通常由硅制成，其导电沟道由负电荷主导，因此被称为 NMOS。在NMOS中，电子是主要的载流子，其源极和漏极通常为n型，而衬 底为p型。
制造工艺中的挑战与解决方案
1 2 3
场效应晶体管的栅极和电极的四种类型
场效应晶体管的栅极和电极的四种类型
场效应晶体管（Field-Effect Transistor，FET）是一种常用的电子器件，其工作原理是通过电场来控制导电沟道的导电能力，从而实现信号的放大或开关。
根据结构和工作原理的不同，场效应晶体管可以分为四种类型，分别是：
1. 结型场效应晶体管（JFET）：这种类型的场效应晶体管有两个 PN 结，分别形成导电沟道和反型层。
在栅极电压的作用下，导电沟道的宽度会发生变化，从而控制源极和漏极之间的电流。
2. 金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）：这种类型的场效应晶体管在金属、氧化物和半导体之间形成电场，通过改变这个电场来控制导电沟道的导电能力。
MOSFET 是目前应用最广泛的场效应晶体管之一。
3. 绝缘栅双极晶体管（IGBT）：这种类型的场效应晶体管结合了 FET 和BJT 的特点，由一个 FET 和一个 BJT 组成。
在栅极电压的作用下，IGBT 可以实现高速的开关和放大信号。
4. 高电子迁移率晶体管（HEMT）：这种类型的场效应晶体管采用特殊的半导体材料，如 GaN 和 InGaAs 等，可以实现更高的电子迁移率。
HEMT 在高速和高频领域有广泛的应用。
以上是场效应晶体管的四种类型，每种类型都有其独特的特点和应用场景。
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半导体器件原理
（1）速度电场依赖关系
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（2）n=1时对空穴的分析解
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Ids为常数
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（3）饱和漏电压和漏电流：
dIds/dVds=0
对长沟道情形
对L0情形（薄层电荷近似）
随沟道长度的减小而降低
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（4）速度饱和时的夹断点 漏端横向电场达到很大，类似与长沟道中的情形，载 流子不在限制在表面沟道层中。
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（5）过饱和速度 在高场或陡峭的空间电势变化时，载流子不再与硅的 晶格处在热平衡状态， 从而超过过饱和速度：热载流子
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3。沟道长度调制
饱和电流继续增加的两个原因：短沟道效应与沟 道长度调制 （1）饱和点以上的漏电流：饱和点向源端移动，饱 和点与源端之间一维近似仍然成立。 载流子在饱和点与漏端之间以饱和速度运动，直 至漏端（二维）。
准隧穿效应
隧穿是指这样的情形，漏－衬底空间电荷区完全经过沟道区延 展到源－衬底空间电荷区。此时，源、漏之间的势垒完全消失， 可能存在较大的漏电流。
结击穿电压
是最大电场强度的函数。随着沟道长度的变小，偏置电压可能 不会相应地按比例缩小，因此结电场会变大。当电场变大时， 近雪崩击穿和近隧穿效应会变得更加严重。此外，器件的几何 图形按比例缩小后，寄生双极器件的影响更大，从而使击穿效 应增强。
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（2）速度饱和区的准二维模型
纵向电场逐步减小
饱和点附近的一 维高斯定理
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电流连续要求电荷为常数，类似与短沟道效应，只是 耗尽电荷换成了可移动电荷。（由栅压控制转为漏电 压控制）。
Y 0 X Ey(y) Ey(y+dy) Ex(0,y)
与长沟道器件相比：
为避免过量的短沟道效应，CMOS器件中衬底或阱里 的掺杂必须保证最小的沟道长度是Wdm的两到三倍， 或大于源与漏端的耗尽层宽度之和。
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2。速度饱和
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2。速度饱和：短沟道器件的漏电流由于速度饱和效应 而在一较小的电压下就已饱和（而不是由于夹断）
抑制击穿效应的方法
一种是改变漏极的掺杂剖面。轻掺杂漏（LDD）设计及其 掺杂剖面示于图a中，传统的MOSFET及其掺杂剖面示于图b 作为对比。通过引入轻掺杂漏，空间电荷区中电场的峰值减小 了，击穿效应被降到最小。漏极的电场峰值是半导体掺杂浓度 和n＋漏区弯曲程度的函数。
通过离子注入进行阈值调整
p型衬底正栅压的MOS器件能带图
辐射引入的氧化层电荷
当空穴到达硅－二氧化硅界面时，其中的一部分被陷阱俘 获，另一部分流入硅中。由于这些被俘获的空穴，辐射引 入的净正电荷位于氧化层的陷阱内。这些被俘获的电荷很 长时间地存在陷阱中，可以长达数月或数年之久。正如我 们所看到的，正氧化层电荷会引起阈值电压向负方向偏移。 空穴陷阱密度在1012到1013cm－2范围内，依赖于氧化层和 器件的工艺。通常，这些陷阱存在于Si-SiO2界面附近大约 50A的区域。空穴陷阱通常和硅缺陷有关，这些硅缺陷在 SiO2结构中存在氧空位。氧空位存在于Si-SiO2界面附近 的“多硅”区域。 由于阈值电压或平带电压的偏移是陷阱电荷数量的函数， 电压偏移是氧化层所加电压的函数。
vDS /V
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5。 MOSFET击穿：
nMOSFETs的击穿电压较pMOSFETs为低
电子具有更高的离化系数
n+源漏结比p+结更陡峭 对沟道长度有弱的依赖关系 短沟道器件具有较小的隧穿电压。
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假设氧化层是理想绝缘体。如果氧化层中的电场变得足够大，击穿就会发 生，这将导致器件的崩溃。在二氧化硅中，击穿时的电场为6×106V/cm左 右。此击穿场强比硅中的大，但是栅氧化层还是很薄。当氧化层厚度为 500A时，大约30伏特的栅压可以造成击穿。但是，通常因数的安全边界 值为3，因此，tox＝500A时的最大安全栅压为10伏特。 因为在氧化层中可能存在缺陷，从而降低击穿场强，所以安全的边界值是 必要的。除了在功率器件和极薄氧化层器件中，氧化层击穿通常不是很重 要的问题。
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课堂练习
1。7.3 如图所示的晶体管，栅压要改变多 少才能使衬底反型？阈值电压是多少？假 设外加电压一半降在氧化层上，一半降在 半导体上。如果图中的的晶体管处于热平 衡态，那么这个器件是何种类型？ 2。7.5 对于一个用简并掺杂n型硅栅制作的NFET, 如果希望不加栅压时就 存在沟道，p型衬底的掺杂浓度是多少？假设内建电势差一半降在氧化层 上，一半降在硅上，“沟道存在”的定义是 硅表面反型层，即在Si/SiO2 界面处的电子浓度等于p型硅体内的空穴浓度。所求出的掺杂浓度是形成 耗尽型器件所需要的最小掺杂浓度，还是最大掺杂浓度？
沟道调制效应 源漏串联电阻 MOSFET击穿
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1。短沟道效应：
阈值电压的减小，必须保证芯片上最小沟道长 度器件的阈值电压不会太小。 短沟道MOSFET中，耗尽层厚度宽于长沟道器 件。
漏源距离与MOS耗尽层宽度相当，使源漏电势 对能带的弯曲有较大的影响。
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-
n MOSFET pMOSFET
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(1) 截止区 VGS< VT以下区域就是截止区 VGS VT ID=0
iD
(2) 放大区（恒流区） 产生夹断后，VDS增大，ID不变的 区域，VGS -VDS VP VDSID不变 处于恒流区的场效应管相当于一 个压控电流源 (3)饱和区（可变电阻区） 未产生夹断时，VDS增大，ID随着增大的区域 VGS -VDS VP VDSID 处于饱和区的场效应管相当于一个压控可变电阻
辐射和热电子发射
辐射引入的氧化层电荷
二氧化硅的禁带宽度大约为9eV。此图形象地说明了在氧化层中由于离 化辐射引起的电子－空穴对。辐射引入的电子被推向栅极，辐射引入 的空穴被推向衬底。现在已经发现氧化层中产生的电子有着很大的迁 移率，其值大约在20 cm2/V-s数量级左右。当高场强时，氧化层中的电 子速度也会在107cm/s时饱和，在典型的栅氧化层厚度下，电子的迁移 时间的数量级为1ps。 当正栅压时，大量的 辐射引入电子从栅极 流出；因此，通常这 些电子对MOS器件的 辐射响应并不起主要 作用。
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漏端离化导致漏电流增加，离化空穴为衬底接受而使源 与衬底之间形成正偏，从而降低了阈值电压，并形成一 正反馈效应，导致击穿。
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寄生晶体管击穿
另一种击穿机制为S形击穿曲线。这种击穿是由于二级效应而产生的。 寄生双极晶体管中电流增益的改变而引起的MOSFET击穿过程中出现的 负阻效应. 图中的n沟增强型MOSFET的几何图形表明了源极和衬底接地。n（源） －p（衬底）－n（漏）结构形成了一个寄生双极晶体管。其等效电路示 于图b。 寄生晶体管导通使 MOSFET 由高压小电流迅速过渡到低压大电流状态, 从而发生雪崩 击穿.
辐射引入的界面态
我们讨论亚阈值电导时曾经讲过，ID和VGS函数曲线中在 亚阈值区处的斜率是界面态密度的函数。下图为不同总的 离化剂量下的亚阈值电流。图中斜率的变化说明了界面态 密度随总剂量而增大。
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（1）二维电势等高线和电荷共享模型
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长短沟道器件的区别
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电荷共享模型（离化固定电荷）
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（2）势垒降低
短沟道器件中，源及漏的电场穿透进沟道中央， 降低了漏源之间的势垒，引起亚阈值电流的增加， 导致阈值电压的下降。
xj Ex(xj,y) y y+dy
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由于横向电场与纵向电场相比变得显著，电荷的 运动逐渐离开了表面。
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（3）漏区的峰值电场
V（y=L）=Vds
横向电场逐步增加
105到106 V/cm
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半导体器件原理
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4。源漏串联电阻
2000 Ω/□ 7000 Ω/□
VDSat vsat
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lf
L[(1
2lf (VGS VT ) vsatL
)1/ 2 1]
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长沟道MOSFETs的沟道调制
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7.4 短沟道MOSFETs (8.7, P357)
沟道长度减小，导致电流增大，而本征电容变小。
短沟道效应
速度饱和效应
漏极附近的空间电荷区离化可以造成雪崩击穿。在理 想单边pn结中，击穿主要是pn结低掺杂区的掺杂浓度 的函数。对于MOSFET，低掺杂区对应于半导体衬底。 例如，如果一p型衬底掺杂浓度为Na＝3×1016cm－3， 那么对于缓变结击穿电压大约为25伏特。然而，n＋漏 极可能是一个相当浅的扩散区并发生弯曲。耗尽区的 电场在弯曲处有集中的趋向，从而降低了击穿电压。
有许多的因素，诸如固定氧化层电荷、金属－半导体功函 数差、栅氧化层厚度以及半导体掺杂浓度都可以影响阈值 电压。尽管对各种不同的应用来说所得的阈值电压不一定 满足条件，所有的这些参数都可以在特定的设计和工艺中 被确定下来。 可以通过离子注入来调整氧化层－半导体表面附近的衬底 掺杂浓度，从而得到满意的阈值电压。 另外，离子注入不仅可以用来掺杂沟道区，它还被广泛地 应用于器件的制造过程中，是一种标准的工艺；例如，它 可以被用于形成晶体管的源区和漏区。