优点

特性

详解

优点

功率场效应晶体管（VF）又称VMOS场效应管。在实际应用中，它有着比晶体管和MOS场效应管更好的特性。即是在大功率范围应用的场效应晶体管，它也称作功率MOSFET，其优点表现在以下几个方面：

1. 具有较高的开关速度。

2. 具有较宽的安全工作区而不会产生热点，并且具有正的电阻温度系数，因些适合进行并联使用。

3. 具有较高的可靠性。

4. 具有较强的过载能力。短时过载能力通常额定值的4倍。

5. 具有较高的开启电压，即是阈值电压，可达2~6V(一般在1.5V~5V之间）。当环境噪声较高时，可以选 用阈值电压较高的管子，以提高抗干扰能力；反之，当噪声较低时，选用阈值电压较低的管子，以降低所需的输入驱动信号电压。给电路设计带来了极大地方便。

6. 由于它是电压控制器件，具有很高的输入阻抗，因此其驱动功率很小，对驱动电路要求较低。

由于这些明显的优点，功率场效应晶体管在电机调速，开关电源等各种领域应用的非常广泛。

特性

功率场效应晶体管及其特性

一、 功率场效应晶体管是电压控制器件，目前在功率场效应晶体管中较多采用的是V沟槽工艺，这种工艺生产地管称为VMOS场效应晶体管，它的栅极做成V型，有沟道短、耐压能力强、跨导线性好、开关速度快等优点，故在功率应用领域有着广泛的应用，现在出现一种更好的叫TMOS管，它是在VMOS管基础上改进而成的，没有V形槽，只形成了很短的导通沟槽。

二、 功率场效应晶体管的基本参数及符号

1.极限参数和符号

（1） 漏源极间短路时，栅漏极间的耐压VGDS

（2） 漏源极间开路时，栅漏极间的耐压VGSO

（3） 栅源极在规定的偏压下，漏源极间耐压VDSX

（4） 击穿电压BVDS

（5） 栅极电流IG

（6） 最大漏电极耗散功率PD

（7） 沟道温度TGH，存储温度TSTG

2.电气特性参数和符号

（1） 栅极漏电电流IGSS

（2） 漏极电流IDSS

（3） 夹断电压VP

（4） 栅源极门槛极电压VGS（th）

（5） 导通时的漏极电流ID（on）

（6） 输入电容Ciss

（7） 反向传输电容Crss

（8） 导通时的漏源极间电阻RDS（on）

（9） 导通延时时间td（on）

（10）上升时间tr

（11）截止延时时间td（off）

（12）下降时间tf

这些参数反映了功率场效应晶体管在开关工作状态下的瞬间响应特性，在功率场效应晶体管用于电机控制等用途时特别有用。

详解

利用半导体的场效应制作的功率晶体管。半导体的场效应指通过垂直于半导体表面的外加电场，可以控制或改变靠近表面附近薄层内半导体的导电特性。功率场效应晶体管元件符号如图1所示。图1中G、D、S分别代表其栅极、漏极和源极。功率MOSFET(金属－氧化物-半导体场效应晶体管)是最重要的一种功率场效应晶体管,除此之外还有MISFET、MESFET、JFET等几种。功率MOSFET为功率集成器件，内含数百乃至上万个相互并联的MOSFET单元。为提高其集成度和耐压性,大都采用垂直结构(即VMOS)，如VVMOS（V型槽结构）、VUMOS、SIPMOS等。图2显示了一种SIPMOS（n沟道增强型功率MOSFET）的部分剖面结构。其栅极用导电的多晶硅制成,栅极与半导体之间有一层二氧化硅薄膜,栅极与源极位于硅片的同一面，漏极则在背面。从总体上看，漏极电流垂直地流过硅片，漏极和源极间电压也加在硅片的两个面之间。 该器件属于耗尽型n沟道的功率MOSFET，其源极和漏极之间有一n型导电沟道,改变栅极对源极的电压，可以控制通过沟道的电流大小。耗尽型器件在其栅极电压为零时也存在沟道，而增强型器件一定要施加栅极电压才有沟道出现。与n沟道器件对应,还有p沟道的功率MOSFET。图3为图2所示SIPMOS的输出特性。它表明了栅极的控制作用及不同栅极电压下，漏极电流与漏极电压之间的关系。图3中，在非饱和区(Ⅰ),源极和漏极间相当于一个小电阻；在亚阈值区(Ⅲ)则表现为开路；在饱和区(Ⅱ)，器件具有放大作用。

功率MOSFET属于电压型控制器件。它依靠多数载流子工作,因而具有许多优点:能与集成电路直接相连；开关频率可在数兆赫以上（可达100MHz），比双极型功率晶体管(GTR)至少高10倍；导通电阻具有正温度系数,器件不易发生二次击穿,易于并联工作。与GTR相比，功率MOSFET的导通电阻较大，电流密度不易提高，在100kHz以下频率工作时,其功率损耗高于GTR。此外，由于导电沟道很窄（微米级）,单元尺寸精细，其制作也较GTR困难。在80年代中期,功率MOSFET的容量还不大（有100A/60V，75A/100V，5A/1000V等几种）。

功率MOSFET是70年代末开始应用的新型电力电子器件，适合于数千瓦以下的电力电子装置，能显著缩小装置的体积并提高其性能，预期将逐步取代同容量的 GTR。功率MOSFET的发展趋势是提高容量，普及应用，与其他器件结合构成复合管，将多个元件制成组件和模块，进而与控制线路集成在一个模块中（这将会更新电力电子线路的概念）。此外，随着频率的进一步提高，将出现能工作在微波领域的大容量功率MOSFET。