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功率场效应晶体管结构与工作原理

1．结构

MOSFET的类型许多，按导电沟道可分为P沟道和N沟道；依据栅

极电压与导电沟道消失的关系可分为耗尽型和增加型。功率场效应晶

体管一般为N沟道增加型。从结构上看，功率场效应晶体管与小功率

的MOS管有比较大的差别。小功率MOS管的导电沟道平行于芯片表

面，是横向导电器件。而P-MOSFET常采纳垂直导电结构，称VMOSFET

（VerticalMOSFET），这种结构可提高MOSFET器件的耐电压、耐电流

的力量。图1给出了具有垂直导电双集中MOS结构的VD-MOSFET

（VerticalDouble-diffusedMOSFET）单元的结构图及电路符号。一个

MOSFET器件实际上是由很多小单元并联组成。

a）结构图b）符号（N沟道）c）符号（P沟道）

图1MOSFET的结构图及电路符号

2．工作原理

如图1所示，MOSFET的三个极分别为栅极G、漏极D和源极S。

当漏极接正电源，源极接负电源，栅源极间的电压为零时，P基区与

N区之间的PN结反偏，漏源极之间无电流通过。如在栅源极间加一

正电压

二、工作特性

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1．静态特性

（1）漏极伏安特性

漏极伏安特性也称输出特性，如图2所示，可以分为三个区：可调

电阻区Ⅰ，饱和区Ⅰ，击穿区Ⅰ。在Ⅰ区内，固定栅极电压

（2）、转移特性

漏极电流

2．开关特性

P-MOSFET是多数载流子器件，不存在少数载流子特有的存贮效应，

因此开关时间很短，典型值为20ns，而影响开关速度的主要是器件

极间电容。图4为元件极间电容的等效电路，从中可以求得器件输入

电容为Cin＝CGS＋CGD。正是Cin在开关过程中需要进行充、放电，

影响了开关速度。同时也可看出，静态时虽栅极电流很小，驱动功率

小，但动态时由于电容充放电电流有肯定强度，故动态驱动仍需肯定

的栅极功率。开关频率越高，栅极驱动功率也越大。

P-MOSFET的开关过程如图5所示，其中

1．主要参数

（1）漏极电压

漏极电压

（2）电流定额

电流定额

（3）栅源电压

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栅源间加的电压不能大于此电压，否则将击穿元件。

2．平安工作区

P-MOSFET是多数载流子工作的器件，元件的通态电阻具有正的温

度系数，即温度上升通态电阻增大，使漏极电流能随温度上升而下降，

因而不存在电流集中和二次击穿的限制，有较宽的平安工作区。

P-MOSFET的正向偏置平安工作区由四条边界包围框成，如图6所示。

其中Ⅰ为漏源通态电阻限制线；Ⅰ为最大漏极电流

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