MOSFET结构及理论教程,动态特性

1、结构及工作原理，动态特性:（金属氧化物半导体），（场效应晶体管），即以金属层（）的栅极隔着氧化层（）利用电场的效应来控制半导体（）的场效应晶体管。的种类按导电沟道可分为沟道和沟道。电路符号如下图所示：（b） N沟道増强型忖05管代表符号（c） P沟道増强型M05管代表符号下图是典型平面沟道增强型的剖面图。它用一块型硅半导体材料作衬底（图），在其面上扩散了两个型区（图），再在上面覆盖一层二氧化硅绝缘层（图），最后在区上方用腐蚀的方法做成两个孔，用金属化的方法分别在绝缘层上及两个孔内做成三个电极：（栅极）、（源极）及（漏极），如图所示。从图中可以看出栅极与漏极及源极是绝缘的，与之间有两个结。图：通

2、常，漏极与电源正极连接，源极与电源负极连接。在未加栅极电压时，漏极与源极的沟道有两个背靠背 的结，所以漏极电流几乎为零。当栅极与源极之间加上正电压但是，金属栅极被充电而聚集起正电荷，正电荷建立起的电场排斥靠近底面下的型半导体中的空穴，形成耗尽层。如果栅极电压进一步加大，直到（开启电压）时，由于电场足够强，不仅会把型半导体表面的空穴赶走，而且还会吸引一定数量的电子聚集在两个区之间。越大，积累的电子越多。这种作用使得与交界面处的衬底由型转化为型，这个感应生成的型半导体薄层称为反型层。由于反型层的出现，使得原来的结消失，并且在漏极与源极之间搭建起型导电沟道。这时在漏极电压D的作用下，电子就会自源极经

3、沟道电阻流向漏极，使外电路中产生的漏极电流越大，感应生成的N型导电沟道越深，因而ID越大，因此称之为N型导电沟道增强型场效应管当 > 时，导电沟道已经形成。在DS间外加正向电压后，漏极电流沿沟道产生电压降，使沟道上各点与栅极之间的 电压不再相等，该电压削弱了栅极中正电荷电场的作用，使沟道从源极到漏极逐渐变窄。当增大到某一数值，夹 断区向源极方向延伸，而夹断沟道电流达到饱和不再变化。图:F图为沟道增强型管特性曲线预北断点轨匹” VGS3VG£1I0琵上叵卩宓 可变电阻区，在该区里比较小，沟通电阻随栅压而改变，故 称为可变电阻区。当 栅压一定时， 沟通电阻为定值，随近似线性增大，当

4、V时，漏源极间电阻很大（关断）。当时，漏源极间电 阻很小（导通）。这一特性使场效应管具有开关作用。饱和区，当漏极电压继续增大到时， 漏极电流，达到了饱和值后基本保持不变，在这里，对于不同的漏极特性曲线近似平行线， 即与成线性关系，故又称线性放大区。击穿区如果继续增加，以至超过了结所能承受的电 压而被击穿，漏极电流将突然增大。基于漏极导通区特性理解开关过程中心议题：基于功率的栅极电荷特性的过程基于功率的导通区特性的开关过程解决技术指导文件：功率动态经过是关断区、恒流区和可变区工作于放大状态，电流为电压和跨导乘积本文先介绍了基于功率的栅极电荷特性的开关过程。然后介绍了一种更直观明析的理解功率开关过

5、程的方法：基于功率的导通区特性的开 关过程，并详细阐述了其开关过程。开关过程中，功率动态的经过是关断区、恒流区和可变电阻区的过程。在跨越恒流区时，功率漏极的 电流和栅极电压以跨导为正比例系列，线性增加。米勒平台区对应着最大的负载电流。可变电阻区功率漏极减小到额定的值。的栅极电荷特性与开关过程尽管在开关电源、电机控制等一些电子系统中得到广泛的应用，但是许多电子施工全过程管理人员并没有十分 清楚的理解开关过程，以及在开关过程中所处的状态。一般来说，电子施工全过程管理人员通常基于栅极电荷理解的开通的过程，如图所 示。此图在数据表中可以查到。-I 图栅极电荷特性的和极加电压为，当驱动开通脉冲加到的和极

6、时，输入充电，和极电压线性上升并到达门槛电压（），上升到（）之前漏极电流-没有漏极电流流过，的电压保持不变。当到达（）时，漏极开始流过电流，然后继续上升，也逐渐上升，仍然保持。当到达米勒平台电压（）时，也上升到负载电流最大值，的电压开始从下降。米勒平台期间，电流维持，电压不断降低。米勒平台结束时刻，电流仍然维持，电压降低到一个较低的值。米勒平台结束后，电流仍然维持，电压继续降低，但此时降低的斜率很小，因此降低的幅度也很小，最后稳定在X）。因此通常可以认为米勒平台结束后基本上已经导通。对于上述的过程，理解难点在于为什么在米勒平台区，的电压恒定？驱动电路仍然对栅极提供驱动电流，仍然对栅极电容充电，

7、为什么栅 极的电压不上升？而且栅极电荷特性对于形象的理解的开通过程并不直观。因此，下面将基于漏极导通特性理解开通过程。的漏极导通特性与开关过程的漏极导通特性如图所示。与一样，当应用于放大电路时，通常要使用此曲线研究其放大特性。只是三极管使 用的基极电流、集电极电流和放大倍数，而使用栅极电压、漏极电流和跨导。图的漏极导通特性有三个工作区：截止区、放大区和饱和区，对应是关断区、恒流区和可变区。注意：恒流区有时也称饱和区或放大区。当驱动开通脉冲加 至曲勺和极时，的电压逐渐升高时，的开通轨迹如图中的路线所示。图的开通轨迹开通前，起始工作点位于图的右下角点，的电压为，的电压逐渐升高，电流为，的电压达到（

8、），电流从开始逐渐增大。就是的电压从（）增加到（）的过程。从到点的过程中，可以非常直观的发现，此过程工作于的恒流区，也就是电压和电流自动找平衡的过程, 即电压的变化伴随着电流相应的变化，其变化关系就是的跨导：跨导可以在数据表中查到。当电流达到负载的最大允许电流时，此时对应的栅级电压。由于此时电流恒定，因此栅极电压也恒定不变，见图中的，此时处于相对稳定 的恒流区，工作于放大器的状态。开通前，的电压为，为负压，进入米勒平台，的负电压绝对值不断下降，过后转为正电压。驱动电路的电流绝大部分流过，以扫除米勒的 电荷，因此栅极的电压基本维持不变。电压降低到很低的值后，米勒电容的电荷基本上被扫除，即图中的点，于是，栅极的电压在驱动电 流的充电下又开始升高，如图中的，使进一步完全导通。为可变电阻区，相