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變頻電源的功率器件之MOSFET結(jié)構(gòu)和工作原理

MOSFET的原意是:MOS(Metal0xide Semiconductor金屬氧化物半導(dǎo)體)，F(xiàn)ET(Field EHect[ansistor場效應(yīng)晶體管)，即以金屬層(M)的極隔著氧化層(0)利用電場的效應(yīng)來控制半導(dǎo)(S)的場效應(yīng)晶體管。

功率場效應(yīng)晶體管也分為結(jié)型和絕緣柵型，但通常主要指絕緣柵型中的M0S型(Metal0xidesemiconduclorFET)，簡稱功率MOSFET(PoWEr MOSFET)。結(jié)型功率場效應(yīng)品體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管(Suatic Induction Tnansistor--Sr)。其特點(diǎn)是用柵極電壓來控制漏極電流，驅(qū)動(dòng)電路簡單、需要的驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度快、工作頻率高、熱穩(wěn)定性優(yōu)于CIR，但其電流容量小、耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。

功率 MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理功率

MOSFET的種類:按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道。按柵極電壓幅值可分為:耗盡型;當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道，增強(qiáng)型。對于N(P)溝道器件，柵極電壓大于(小于)零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道，功率MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)型。

結(jié)構(gòu)功率MOSFET的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣符號如圖1-1所示。其導(dǎo)通時(shí)只有一種極性的載流子(多子)參與導(dǎo)電，是單極型晶體管。導(dǎo)電機(jī)理與小功率MOS管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別，小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷?，功率MOSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，又稱為VMOSFET(Vertical MOS-FET)，大大提高了 MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。

按垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的差異，又分為利用V型槽實(shí)現(xiàn)垂直導(dǎo)電的VVMOSFET和具有垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)散 MOS 結(jié)構(gòu)的 VDMOSFET(Verical Double-difused MOSFET)，本文主要以 VDMOS 器件為例進(jìn)行討論。

功率 MOSFET為多元集成結(jié)構(gòu)，如國際整流器公司(IntemationalRectifer)的HEXFET采用了六邊形單元;西門子公司(Siemens)的SIPMOSFET采用了正方形單元;摩托羅拉公司(Motorola)的 TMOS采用了矩形單元按“品”字形排列。

工作原理

截止:漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)JI反偏，漏源極之間無電流流過。

導(dǎo)電:在柵源極間加正電壓Ucs，柵極是絕緣的，所以不會(huì)有柵極電流流過。但柵極的正電壓會(huì)將其下面P區(qū)中的空穴推開，而將P區(qū)中的少子--電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面。當(dāng)Ucs>Ur:(開啟電壓或國值電壓)時(shí)，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度，使P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)JI消失，漏極和源極導(dǎo)電。