场效应管和mos管的区别
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场效应管原理场效应管是只有一种载流子参与导电的半导体器件,是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。
有N沟道器件和P沟道器件。
有结型场效应三极管JFET(Junction Field Effect Transister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。
IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET)。
1.1 1.1.1MOS场效应管MOS场效应管有增强型(Enhancement MOS 或EMOS)和耗尽型(Depletion)MOS或DMOS)两大类,每一类有N沟道和P沟道两种导电类型。
场效应管有三个电极:D(Drain) 称为漏极,相当双极型三极管的集电极;G(Gate) 称为栅极,相当于双极型三极管的基极;S(Source) 称为源极,相当于双极型三极管的发射极。
增强型MOS(EMOS)场效应管一、工作原理1.沟道形成原理当VGS=0 V时,漏源之间相当两个背靠背的二极管,在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。
当栅极加有电压时,若0<VGS<VGS(th)时,通过栅极和衬底间的电容作用,将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥,出现了一薄层负离子的耗尽层。
耗尽层中的少子将向表层运动,但数量有限,不足以形成沟道,所以仍然不足以形成漏极电流ID。
进一步增加VGS,当VGS>VGS(th)时(VGS(th) 称为开启电压),由于此时的栅极电压已经比较强,在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子,可以形成沟道,将漏极和源极沟通。
如果此时加有漏源电压,就可以形成漏极电流ID。
在栅极下方形成的导电沟1线性电子电路教案道中的电子,因与P型半导体的载流子空穴极性相反,故称为反型层(inversion layer)。
随着VGS的继续增加,ID将不断增加。
通俗易懂讲解MOS管什么是MOS管?MOS管的英文全称叫MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor),即金属氧化物半导体型场效应管,属于场效应管中的绝缘栅型。
因此,MOS管有时被称为绝缘栅场效应管。
在一般电子电路中,MOS管通常被用于放大电路或开关电路。
1、MOS管的构造在一块掺杂浓度较低的P型半导体硅衬底上,用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区,并用金属铝引出两个电极,分别作为漏极D和源极S。
然后在漏极和源极之间的P型半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅(Si02)绝缘层膜,在再这个绝缘层膜上装上一个铝电极,作为栅极G。
这就构成了一个N沟道(NPN型)增强型MOS管。
显然它的栅极和其它电极间是绝缘的。
图1-1所示 A 、B分别是它的结构图和代表符号。
同样用上述相同的方法在一块掺杂浓度较低的N型半导体硅衬底上,用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的P+区,及上述相同的栅极制作过程,就制成为一个P沟道(PNP型)增强型MOS 管。
下图所示分别是N沟道和P沟道MOS管道结构图和代表符号。
2、MOS管的工作原理增强型MOS管的漏极D和源极S之间有两个背靠背的PN结。
当栅-源电压VGS=0时,即使加上漏-源电压VDS,总有一个PN结处于反偏状态,漏-源极间没有导电沟道(没有电流流过),所以这时漏极电流ID=0。
此时若在栅-源极间加上正向电压,即VGS>0,则栅极和硅衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个栅极指向P型硅衬底的电场,由于氧化物层是绝缘的,栅极所加电压VGS无法形成电流,氧化物层的两边就形成了一个电容,VGS等效是对这个电容充电,并形成一个电场,随着VGS逐渐升高,受栅极正电压的吸引,在这个电容的另一边就聚集大量的电子并形成了一个从漏极到源极的N型导电沟道,当VGS大于管子的开启电压VT(一般约为 2V)时,N沟道管开始导通,形成漏极电流ID,我们把开始形成沟道时的栅-源极电压称为开启电压,一般用VT表示。
了解MOS管,看这个就够了!MOS管学名是场效应管,是⾦属-氧化物-半导体型场效应管,属于绝缘栅型。
本⽂就结构构造、特点、实⽤电路等⼏个⽅⾯⽤⼯程师的话简单描述。
其结构⽰意图:解释1:沟道上⾯图中,下边的p型中间⼀个窄长条就是沟道,使得左右两块P型极连在⼀起,因此mos管导通后是电阻特性,因此它的⼀个重要参数就是导通电阻,选⽤mos管必须清楚这个参数是否符合需求。
解释2:n型上图表⽰的是p型mos管,读者可以依据此图理解n型的,都是反过来即可。
因此,不难理解,n 型的如图在栅极加正压会导致导通,⽽p型的相反。
解释3:增强型相对于耗尽型,增强型是通过“加厚”导电沟道的厚度来导通,如图。
栅极电压越低,则p型源、漏极的正离⼦就越靠近中间,n衬底的负离⼦就越远离栅极,栅极电压达到⼀个值,叫阀值或坎压时,由p型游离出来的正离⼦连在⼀起,形成通道,就是图⽰效果。
因此,容易理解,栅极电压必须低到⼀定程度才能导通,电压越低,通道越厚,导通电阻越⼩。
由于电场的强度与距离平⽅成正⽐,因此,电场强到⼀定程度之后,电压下降引起的沟道加厚就不明显了,也是因为n 型负离⼦的“退让”是越来越难的。
耗尽型的是事先做出⼀个导通层,⽤栅极来加厚或者减薄来控制源漏的导通。
但这种管⼦⼀般不⽣产,在市⾯基本见不到。
所以,⼤家平时说mos管,就默认是增强型的。
解释4:左右对称图⽰左右是对称的,难免会有⼈问怎么区分源极和漏极呢?其实原理上,源极和漏极确实是对称的,是不区分的。
但在实际应⽤中,⼚家⼀般在源极和漏极之间连接⼀个⼆极管,起保护作⽤,正是这个⼆极管决定了源极和漏极,这样,封装也就固定了,便于实⽤。
我的⽼师年轻时⽤过不带⼆极管的mos管。
⾮常容易被静电击穿,平时要放在铁质罐⼦⾥,它的源极和漏极就是随便接。
解释5:⾦属氧化物膜图中有指⽰,这个膜是绝缘的,⽤来电⽓隔离,使得栅极只能形成电场,不能通过直流电,因此是⽤电压控制的。
在直流电⽓上,栅极和源漏极是断路。
MOS管的基本知识(转载)电路硬件设计2011-05-07 06:39:32 阅读141 评论1 字号:大中小订阅现在的高清、液晶、等离子电视机中开关电源部分除了采用了PFC技术外,在元器件上的开关管均采用性能优异的MOS管取代过去的大功率晶体三极管,使整机的效率、可靠性、故障率均大幅的下降。
由于MOS管和大功率晶体三极管在结构、特性有着本质上的区别,在应用上;驱动电路也比晶体三极管复杂,致使维修人员对电路、故障的分析倍感困难,此文即针对这一问题,把MOS管及其应用电路作简单介绍,以满足维修人员需求。
一、什么是MOS管MOS管的英文全称叫MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor),即金属氧化物半导体型场效应管,属于场效应管中的绝缘栅型。
因此,MOS管有时被称为绝缘栅场效应管。
在一般电子电路中,MOS管通常被用于放大电路或开关电路。
1、MOS管的构造;在一块掺杂浓度较低的P型半导体硅衬底上,用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区,并用金属铝引出两个电极,分别作为漏极D和源极S。
然后在漏极和源极之间的P型半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅(Si02)绝缘层膜,在再这个绝缘层膜上装上一个铝电极,作为栅极G。
这就构成了一个N 沟道(NPN型)增强型MOS管。
显然它的栅极和其它电极间是绝缘的。
图1-1所示A 、B分别是它的结构图和代表符号。
同样用上述相同的方法在一块掺杂浓度较低的N型半导体硅衬底上,用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的P+区,及上述相同的栅极制作过程,就制成为一个P沟道(PNP型)增强型MOS管。
图1-2所示A 、B分别是P沟道MOS管道结构图和代表符号。
图1 -1-A图1 -2-A2、MOS管的工作原理:图1-3是N沟道MOS管工作原理图图1-3-A图1-3-B从图1-3-A可以看出,增强型MOS管的漏极D和源极S之间有两个背靠背的PN结。
电子管,晶体管,三极管,场效应管,MOS以及CMOS的区别和联系
电子管:一种在气密性封闭容器中产生电流传导,利用电场对真空中的电子流的作用以获得信号放大或振
荡的电子器件,常用于早期电子产品中。
晶体管(transistor):一种固体半导体器件,可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。
晶体管作为一种可变开关,基于输入的电压,控制流出的电流,因此晶体管可做为电流的开关,和一般机械开关(如Relay、switch)不同处在于晶体管是利用电讯号来控制,而且开关速度可以非常
之快,在实验室中的切换速度可达100GHz以上。
电子管与晶体管代表了电子元器件发展过程中的两个阶段:电子管——晶体管——集成电路。
电子管可分为电子二极管,电子三极管等,晶体管也分为半导体二极管,半导体三极管等。
三极管:半导体三极管的简称,是一种电流控制型半导体器件,由多子和少子同时参与导电,也称双极型
晶体管(BJT)或晶体三极管。
场效应管(FET):Field Effect Transistor,一种电压控制型半导体器件,由多数载流子参与导电,也称为单极
型晶体管。
MOS:场效应管的一种。
CMOS:互补金属氧化物半导体,是一种类似MOS管设计结构的多MOS结构组成的电路,是一种由无数
电子元件组成的储存介质。
场效应管和mos管区别
场效应管和MOS管(金属氧化物半导体场效应晶体管)都是利用电场控制电流的半导体器件,但它们在结构、性能特点、工作条件要求以及制作工艺和材料等方面存在显著的差异。
1.结构和原理:场效应管是基于电场控制导电通道的原理工作的,具有三个主要端子:源极、漏极和栅极。
而MOS管是一种特殊类型的FET(场效应晶体管),它使用金属-氧化物层来控制其导电通道。
MOS管的主要部分由一块N型或P型半导体材料、一层绝缘层和一层金属电极组成。
2.性能特点:普通的场效应管在栅极电压为负值时,集电极电流为零;而MOS管在栅极电压为正时其集电极电流才为零。
此外,MOS管具有更高的输入阻抗和更低的漏电流。
3.工作条件要求:场效应晶体管的输入电阻很高,因此它不能用于高压电路中,只能用在低压、大电流的场合。
而MOS管则可以在更广泛的条件下工作。
4.制作工艺和材料:金属-氧化物半导体场效应器件的生产工艺比MOSFET要复杂得多,包括外延生长、光刻技术、注入技术和封装等步骤。
此外,金属-氧化物的导电能力差且价格高,使得用该材料制作的器件很难达到很高的集成度和很低的功耗水平。
综上所述,场效应管和MOS管在结构、性能特点、工作条件要求以及制作工艺和材料等方面存在明显的差异。
这些差异使得它们在不同的应用场景中各有优势,需要根据具体需求进行选择。
IGBT的工作原理和工作特性IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道,给 PNP 晶体管提供基极电流,使 IGBT 导通。
反之,加反向门极电压消除沟道,流过反向基极电流,使 IGBT 关断。
IGBT 的驱动方法和 MOSFET 基本相同,只需控制输入极 N 一沟道 MOSFET ,所以具有高输入阻抗特性。
当 MOSFET 的沟道形成后,从 P+ 基极注入到 N 一层的空穴(少子),对 N 一层进行电导调制,减小 N 一层的电阻,使 IGBT 在高电压 时,也具有低的通态电压。
IGBT 的工作特性包括静态和动态两类:1.静态特性 IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和 开关特性。
IGBT 的伏安特性是指以栅源电压 Ugs 为参变量时,漏极电流与 栅极电压之间的关系曲线。
输出漏极电流比受栅源电压 Ugs 的控 制, Ugs 越高, Id 越大。
它与 GTR 的输出特性相似.也可分为饱和 区 1 、放大区 2 和击穿特性 3 部分。
在截止状态下的 IGBT ,正向电 压由 J2 结承担,反向电压由 J1 结承担。
如果无 N+ 缓冲区,则正反 向阻断电压可以做到同样水平,加入 N+ 缓冲区后,反向关断电压只 能达到几十伏水平,因此限制了 IGBT 的某些应用范围。
IGBT 的转移特性是指输出漏极电流 Id 与栅源电压 Ugs 之间的 关系曲线。
它与 MOSFET 的转移特性相同,当栅源电压小于开启电 压 Ugs(th) 时,IGBT 处于关断状态。
在 IGBT 导通后的大部分漏极电 流范围内, Id 与 Ugs 呈线性关系。
最高栅源电压受最大漏极电流限 制,其最佳值一般取为 15V 左右。
IGBT 的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。
IGBT 处于导通态时,由于它的 PNP 晶体管为宽基区晶体管,所以其 B 值 极低。
尽管等效电路为达林顿结构,但流过 MOSFET 的电流成为 IGBT 总电流的主要部分。
JFET与MOSFET直流特性比较JFET与MOSFET直流特性分析和比较场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件,根据结构的不同,场效应管可分为两大类:结型场效应管(JEFT)和绝缘栅场效应管(MOSFET),在分析比较它们的直流特性之前,首先对它们的结构和原理作简单的比较。
JFET按导电沟道可分为N沟道和P沟型,按零栅压(U=0)时器件的工作状态,GS又可分为增强型(常关型)和耗尽型(常开型)两种,因此JFET可以分为四种类型。
同样的,对于MOSFET也是如此,也分为四种类型,即:N沟耗尽型、N沟增强型、P沟耗尽型、P沟增强型。
在下面对JFET和MOSFET的分析对比中,都以N沟类型的场效应管为例,进行说明,其他种类的场效应管的原理与分析方法类似。
图1-1 N沟和P沟JFET的结构及符号图1-2 N沟MOSFET的结构及符号JFET的工作原理及输出、转移特性N沟道JFET工作时,在栅极和源极之间需要加一负电压(V<0),使得栅极、GS 沟道间的PN结反偏,栅极电流i?0。
在漏极与源极间加一正电压(V>0),使NGDS沟道中的多数载流子(电子)在电场作用下由源极向漏极运动,形成电流i,其大D小受V控制,V在JFET结构中主要通过控制沟道电阻,来控制I的大小。
通GSGSD过设置不同的V和V便可以使得JFET工作在不同的状态下。
GSDS 当U为一定值时,漏源电流I的大小随栅源电压U的改变而变化,这是因DSDSGS为栅结耗尽层厚度是随栅源电压变化而变化的,因此也使得导电沟道电阻发生变化,致使I也相应变化。
如图1-1(a)所示的PN结,栅耗尽区的大部分扩展在D PN结的N区一侧,栅PN结上的反偏电压越大,耗尽区就会越宽,因而使夹在上下两耗尽区之间的导电沟道截面积减小,导电沟道电阻增加,致使通过它的电流减小。
反之,会使得漏极电流变大。
当负栅压很高时,整个沟道从源到漏被空间电荷区所占满,此时即使在漏源之间加上偏压,沟道中叶不会有电流通过,此时JFET处于截止状态。
场效应管和mos管用途场效应管和MOS管都是一种用于电子器件中的晶体管类型。
它们具有不同的结构和工作原理,因此在不同的应用领域有着不同的用途。
场效应管(Field-Effect Transistor,简称FET)是一种基于电场调控导电的晶体管。
它包括三个电极:源极(Source)、栅极(Gate)和漏极(Drain)。
栅极与源极之间通过绝缘层隔开,形成一个可以控制漏极电流的电场。
场效应管的导电主要是通过控制栅极电压和电场来改变栅极-漏极之间的电阻,从而控制漏极电流。
场效应管的用途如下:1. 放大器:场效应管可以作为放大器使用,放大小信号电压或电流。
它具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点,适用于放大弱信号,如音频放大器、射频放大器等。
2. 开关:场效应管可以用作开关,控制高电压或大电流的通断。
它具有快速响应和低驱动电流的特点,适用于高频开关电路、电源开关等。
3. 数字逻辑电路:场效应管可以用于构建数字逻辑电路,实现逻辑门和存储器的功能。
通过控制栅极电压来改变导通状态,实现逻辑运算和存储功能。
MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor,简称MOSFET)是一种场效应管的特殊类型。
它的栅极是由金属、氧化物和半导体组成的结构。
MOS管与普通场效应管相比具有更高的性能和更广泛的应用。
MOS管的用途如下:1. 集成电路:MOS管广泛用于集成电路中的逻辑门、存储器和微处理器等。
它具有体积小、功耗低、集成度高的特点,适用于大规模集成电路的制造。
2. 电源管理:由于MOS管具有低导通电阻和快速开关速度,被广泛用于电源管理领域。
它可以用于电源开关、开关电源、DC-DC变换器等,提高电能转换的效率。
3. 通信产品:MOS管可以用于手机、电视、电脑等通信产品中的调制解调器、射频放大器等。
它能够提供高频率、高速传输的特点,满足通信产品对性能的要求。
总之,场效应管和MOS管是电子器件中常见的晶体管类型,它们在放大器、开关、数字逻辑电路等方面具有广泛的用途。
PMOS是指n型衬底、p沟道,靠空穴的流动运送电流的MOS管全称: positive channel Metal Oxide Semiconductor别名: positive MOS金属氧化物半导体场效应(MOS)晶体管可分为N沟道与P沟道两大类, P沟道硅MOS场效应晶体管在N型硅衬底上有两个P+区,分别叫做源极和漏极,两极之间不通导,源极上加有足够的正电压(栅极接地)时,栅极下的N型硅表面呈现P型反型层,成为连接源极和漏极的沟道。
改变栅压可以改变沟道中的空穴密度,从而改变沟道的电阻。
这种MOS场效应晶体管称为P沟道增强型场效应晶体管。
如果N型硅衬底表面不加栅压就已存在P型反型层沟道,加上适当的偏压,可使沟道的电阻增大或减小。
这样的MOS场效应晶体管称为P沟道耗尽型场效应晶体管。
统称为PMOS晶体管。
P沟道MOS晶体管的空穴迁移率低,因而在MOS晶体管的几何尺寸和工作电压绝对值相等的情况下,PMOS晶体管的跨导小于N沟道MOS晶体管。
此外,P沟道MOS晶体管阈值电压的绝对值一般偏高,要求有较高的工作电压。
它的供电电源的电压大小和极性,与双极型晶体管——晶体管逻辑电路不兼容。
PMOS因逻辑摆幅大,充电放电过程长,加之器件跨导小,所以工作速度更低,在NMOS电路(见N沟道金属—氧化物—半导体集成电路)出现之后,多数已为NMOS电路所取代。
只是,因PMOS电路工艺简单,价格便宜,有些中规模和小规模数字控制电路仍采用PMOS电路技术。
MOSFET共有三个脚,一般为G、D、S,通过G、S间加控制信号时可以改变D、S 间的导通和截止。
PMOS和NMOS在结构上完全相像,所不同的是衬底和源漏的掺杂类型。
简单地说,NMOS是在P型硅的衬底上,通过选择掺杂形成N型的掺杂区,作为NMOS的源漏区;PMOS是在N型硅的衬底上,通过选择掺杂形成P型的掺杂区,作为PMOS的源漏区。
两块源漏掺杂区之间的距离称为沟道长度L,而垂直于沟道长度的有效源漏区尺寸称为沟道宽度W。
MOS管知识MOS管知识-一文彻底区分MOS NMOS PMOS CMOS(从原理的视角)从原理的视角,一文彻底区分MOS NMOS PMOS CMOS,详细请查看下文。
mos管学名是场效应管,是金属-氧化物-半导体型场效应管,属于绝缘栅型,MOS又分N型、P型MOS管。
(一)由基础说起半导体的基础材料是硅晶体,硅这种材料,在化学元素周期表里是四族元素,硅从微观上看每个原子最外层有4个电子,我们知道,外层4个电子的物质处于稳定状态。
硅晶体里,两个电子结合形成更为稳定的共价键。
当然这种共价键并不是牢不可破的,在绝对0度以上,总会有少数的电子摆脱共价键的束缚在晶格里游荡,会表现出很小的导电性,半导体的名字就这么来了。
如果硅晶体里掺入了三族元素,比如硼,会是什么状况的呢?三族元素最外层3个电子,跟硅结合的时候,共价键上就会缺一个电子,我们叫它空穴。
由于电子的热力学运动,某个共价键上的电子可能摆脱束缚移动到空穴位置上来,宏观上看好像是空穴产生了移动,由于空穴表现正电荷,空穴的英文称为positive holes,这种半导体就称之为P型半导体。
同样,在硅晶体里掺杂五族元素后,共价键上就会多出一个电子,这个电子可以在半导体内自由移动,形成导电的电子,即negative electrons。
掺杂五族元素的半导体称为N型半导体。
我们从宏观上看,N型半导体里面有很多可以导电的电子。
P型半导体里面有很多不可移动的空穴。
此处特别强调不可移动,我们说空穴的移动,实际上是其它位置的电子填充了空穴的位置,看上去像是空穴在移动。
N型半导体和P型半导体宏观上看都是不带电的!正负电荷量相等。
(二)MOS假如我们把P型半导体放在一个电场中会有什么现象呢?根据最基本的物理知识,同电荷排斥,异电荷相吸,电场中的P型半导体如下图所见。
左右两侧为电极板,电子会被吸引到正电极测,空穴被吸引到负电极测。
这里正负只是普通的物理定义,其实在电路中,严格的说法应该是高电平测、低电平测。
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。
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。
mos管分类及区别一、什么是MOSFETMOSFET(MOS场效应晶体管)是一种由摩尔定律驱动的场效应晶体管,它是一种电子电路的重要组成部分。
MOSFET由一个晶体管、两个电极和一种层状晶体组成,它的工作原理是在晶体管内部建立一种弥散场,让两个电极间系统通过电子流或离子流在此间进行对话。
二、MOSFET的分类1.根据结构可将MOSFET分为四大类:(1)单极型MOSFET(JFET):这种类型MOSFET最常见,它由一个单独的晶体管、三个引线和一个漏极组成。
它的工作原理是在晶体管内部建立一个非常弱的弥散场,弥散场的大小可以调节,用以控制电流的流动。
(2)双极型MOSFET(MosFET。
):这种MOSFET由两组晶体管连接而成,每组中包括一个漏极和一个栅极。
当栅极电压高于漏极电压时晶体管处于导通状态,反之电流流动会被阻隔。
(3)可控硅(SCR):可控硅是一种特殊形式的双极型MOSFET,可控硅由多个晶体管组成,具有更加可靠的工作特性,具有更低的静态电消耗,可控硅在马达控制、设备故障保护、分子流控等场合中应用十分广泛。
(4)充电/放电器件(Damp):这种类型的MOSFET具有存储电荷和放电功能,在内部有一个可控制的好离子层,因此可用作电容或内部电路高压电源的装置。
2.根据功能可将MOSFET分为5类:(1)普通功率晶体管(Power MOSFET):这种MOSFET主要用于功率转换,如DC - DC转换器、AC - DC转换器等,它们的器件电阻比较低,可以高效率的实现大功率电转换。
(2)可控硅(SCR):这种MOSFET属于双极型的,可控硅的特点是电阻低、瞬时功率大,可用于马达控制、电磁阀控制、工厂设备故障保护等多种电源应用中。
(3)整流晶体管(Rectifier MOSFET):这种MOSFET主要用来实现DC - AC、AC - AC之间的电压变化,它具有更低的静态电消耗,能够实现更高效率的电压转换。
场效应管(FET)、三极管(BJT),以及金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)是不同类型的半导体器件。
虽然MOSFET实际上是一种特殊的场效应管,但在日常用语中,当人们提到“MOS管”时,他们通常是指MOSFET。
每种器件都有其特定的特点和应用场合。
绝缘栅双极晶体管(BJT):- **控制原理**:电流控制的器件,小的基极电流可以控制大的集电极电流。
- **性能特征**:响应速度快,电流增益较高,输入阻抗低。
- **应用**:广泛用于小信号放大,由于导通压降和开关速度的优势,也用于低功率开关应用。
场效应管(FET):- **控制原理**:电压控制的器件,通过栅极与源极之间的电压来控制漏极与源极之间的电流。
- **性能特征**:输入阻抗高,功耗较低,但开关速度比BJT慢。
- **应用**:适用于高输入阻抗的应用场合,例如放大器、开关和模拟电路。
金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET):- **控制原理**:一种特殊类型的FET,由金属-氧化物-半导体材料构成,也是电压控制器件。
- **性能特征**:具有非常高的输入阻抗和快速的开关能力。
根据结构不同,分为增强型和耗尽型,增强型又分为N沟道(NMOS)和P沟道(PMOS)。
- **应用**:由于其低功耗和高效率,MOSFET广泛用于电力转换和电子开关设备,如电源供应器和电动车辆的驱动系统。
绝缘栅双极晶体管(IGBT):- **控制原理**:结合了BJT的高电流和低饱和压降特点与MOSFET的高输入阻抗和快速开关特性于一体的电压控制型半导体器件。
- **性能特征**:在高电压和高电流应用中性能良好,开关速度适中,比MOSFET慢,比BJT快。
- **应用**:由于其能够处理较高的电压和电流,IGBT常用于变频器、电动机控制、电力电子以及高速列车的牵引系统中。
在设计电路时,根据所需的性能和应用,你需要选择合适的半导体器件。
mosfet场效应mos管嘿,朋友!今天咱们来聊聊那个神奇的“mosfet 场效应 mos 管”。
你知道吗,这 mosfet 场效应 mos 管就像是电路世界里的小精灵,虽然个头不大,但是能量可不小。
它就像是电路中的交通警察,掌控着电流的流动,让整个电路系统有条不紊地运行。
想象一下,电流就像是一群调皮的孩子,在电路里到处乱跑。
如果没有 mosfet 场效应 mos 管来指挥,那岂不是乱成一锅粥啦?它能够根据我们的需求,精准地控制电流的大小和方向,这可太重要啦!mosfet 场效应 mos 管的工作原理也很有趣。
它就像是一个会根据外界条件开关的门。
当条件合适的时候,这扇门就打开,电流就能顺利通过;条件不合适,门就关上,电流就被挡住了。
这是不是有点像我们家里的门,想开就开,想关就关?而且啊,mosfet 场效应 mos 管的种类还不少呢!有增强型的,也有耗尽型的。
这就好比不同性格的小伙伴,各有各的特点和用处。
增强型的就像是个积极向上的小伙伴,需要一定的条件才能发挥大作用;耗尽型的呢,则像是个随时准备出手的小能手,稍微给点刺激就能行动。
在实际应用中,mosfet 场效应 mos 管那可是大显身手。
比如说在电源管理方面,它能帮助我们有效地控制电压和电流,让电器设备稳定工作,就像给设备穿上了一件舒适的防护服。
在放大器中,它又能让信号变得更加强劲有力,就像是给声音装上了大喇叭,传得更远更清晰。
还有啊,在数字电路里,mosfet 场效应 mos 管就像是一个个忠诚的士兵,按照我们设定的规则执行任务,保证电路的逻辑运算准确无误。
怎么样,是不是觉得 mosfet 场效应 mos 管很神奇?它在电子世界里的作用可真是不可小觑。
咱们可不能小看了这个小小的元件,它可是为我们的电子设备正常运行立下了汗马功劳!所以说,深入了解mosfet 场效应 mos 管,对于我们探索电子世界的奥秘可是至关重要的哟!。
mos场效应管和结型场效应管说到MOS场效应管和结型场效应管,哎呀,可能大部分人第一反应是:这是什么鬼?看不懂!其实呢,别怕,这东西听起来挺复杂,但真要说起来,就是电子世界里的“开关”,或者你也可以理解为“控制器”。
这俩管子其实做的事差不多,就是调控电流的流动,但是它们的原理、做法可不一样。
今天我们就好好聊聊它们的不同之处,咱们也不说得太死板,大家随便聊聊,轻松点。
先说说MOS场效应管,简称MOSFET。
这玩意儿基本上就是电路里的“流量控制器”。
它怎么工作呢?你可以想象成,MOS管就像一个水龙头,水龙头的开关控制了水流量,MOS管则是控制电流的“开关”。
它的工作方式是靠“电压”来控制的。
什么是电压?简单来说,就是电流的“推动力”,电压高了,电流就“跑”得快;电压低了,电流就“慢吞吞”。
你说它是不是像水龙头?关键是,MOS管不需要和电流直接接触,它靠着控制“电场”来完成任务,没那么直接。
所以你可以把它看成是个“无线操控”的开关。
是不是感觉有点神奇?有点像是“遥控器”,不过它的信号是电场而不是红外线。
讲到这里,你可能会问,MOS管和结型场效应管有啥区别呢?其实也不难理解,结型场效应管,简称JFET,和MOS管比起来,它的工作原理就要“原始”一些。
你可以把它想象成一个“老派开关”,没有那么多花里胡哨的控制方式。
它的“开”关方式是直接靠电流来调节的,感觉就像是你拧开了家里的灯泡开关,电流直接流通,它的控制就是这么直接明了。
你可以理解为“手动开关”嘛,没那么多遥控器的高科技,简单又直接。
反正它是通过控制“结”上的电流来调节的,而这个“结”就是JFET里面的半导体区域。
它的工作原理比MOS管简单,但也有它的好处。
比如说,JFET在高频应用中表现得特别好,像是电路中那些对速度要求比较高的地方,JFET可能更靠谱。
不过别小看这些器件,它们之间的差异其实很大!MOS管的结构要比JFET复杂,通常有源区、漏极区、源极区和栅极区等部件,跟我们平常家里的电器一样,设计要细致、要讲究。
mos管和绝缘栅型场效应管
MOS管和绝缘栅型场效应管是现代半导体电子技术中经常使用的电子元件,广泛应用于各种电子器件和系统中。
下面,我们来一步步了解这两种元件。
首先,我们来介绍MOS管。
MOS管,即金属-氧化物-半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor),是一种半导体器件。
它的主要结构是由金属、绝缘氧化物和半导体材料组成,以表现出高度的电阻控制能力。
MOS管按照介质中的氧化物类型可分为NMOS(N型MOS)和PMOS(P型MOS)两种类型,其中NMOS在绝缘氧化物中掺杂N型材料,PMOS掺杂的是P型材料。
其次,我们来介绍绝缘栅型场效应管。
绝缘栅型场效应管,简称IGFET,也称为金属-绝缘体-半导体(金属-氧化物-半导体)场效应管(MISFET)。
它的主要结构由金属电极、绝缘氧化物和半导体构成。
与MOS管相比,IGFET的栅极由绝缘材料隔离,这增加了其高阻抗和低电容的特性,因此更适合高频应用。
两种类型的半导体器件由于结构不同,因此在性质上也有很大的不同。
例如,MOS管不需要附加电荷以操纵电场,与之相比,IGFET采用了晶体管荧光屏的构造,将简单地改变源和栅的电势而储存在熔点的绝缘栅上的电荷来操纵电场。
总之,MOS管和绝缘栅型场效应管是现代半导体电子技术中必不可少的两种电子元件。
它们各自具有独特的特性和应用范围,对于电路设计和制造都有很大的帮助。
通过研究和掌握这两种元件的工作原理,可以更好地理解和运用现代电子技术,并为电子技术的发展做出更加宝贵的贡献。
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。
功率MOSFET为多元集成结构,如国际整流器公司(International Rectifier)的HEXFET 采用了六边形单元;西门子公司(Siemens)的SIPMOSFET采用了正方形单元;摩托罗拉公司(Motorola)的TMOS采用了矩形单元按“品”字形排列。
2.2功率MOSFET的工作原理截止:漏源极间加正电源,栅源极间电压为零。
P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏,漏源极之间无电流流过。
导电:在栅源极间加正电压UGS,栅极是绝缘的,所以不会有栅极电流流过。
但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开,而将P区中的少子—电子吸引到栅极下面的P区表面当UGS大于UT(开启电压或阈值电压)时,栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度,使P型半导体反型成N型而成为反型层,该反型层形成N沟道而使PN结J1消失,漏极和源极导电。
2.3功率MOSFET的基本特性2.3.1静态特性;其转移特性和输出特性如图2所示。
漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET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GfsMOSFET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。
2.3.2动态特性;其测试电路和开关过程波形如图3所示。
开通过程;开通延迟时间td(on) —up前沿时刻到uGS=UT并开始出现iD的时刻间的时间段;上升时间tr— uGS从uT上升到MOSFET进入非饱和区的栅压UGSP的时间段;iD稳态值由漏极电源电压UE和漏极负载电阻决定。
UGSP的大小和iD的稳态值有关,UGS 达到UGSP后,在up作用下继续升高直至达到稳态,但iD已不变。
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。
2.3.3 MOSFET的开关速度。
MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系,使用者无法降低Cin,但可降低驱动电路内阻Rs减小时间常数,加快开关速度,MOSFET只靠多子导电,不存在少子储存效应,因而关断过程非常迅速,开关时间在10—100ns之间,工作频率可达100kHz以上,是主要电力电子器件中最高的。
场控器件静态时几乎不需输入电流。
但在开关过程中需对输入电容充放电,仍需一定的驱动功率。
开关频率越高,所需要的驱动功率越大。
2.4动态性能的改进在器件应用时除了要考虑器件的电压、电流、频率外,还必须掌握在应用中如何保护器件,不使器件在瞬态变化中受损害。
当然晶闸管是两个双极型晶体管的组合,又加上因大面积带来的大电容,所以其dv/dt能力是较为脆弱的。
对di/dt来说,它还存在一个导通区的扩展问题,所以也带来相当严格的限制。
功率MOSFET的情况有很大的不同。
它的dv/dt及di/dt的能力常以每纳秒(而不是每微秒)的能力来估量。
但尽管如此,它也存在动态性能的限制。
这些我们可以从功率MOSFET 的基本结构来予以理解。
图4是功率MOSFET的结构和其相应的等效电路。
除了器件的几乎每一部分存在电容以外,还必须考虑MOSFET还并联着一个二极管。
同时从某个角度看、它还存在一个寄生晶体管。
(就像IGBT也寄生着一个晶闸管一样)。
这几个方面,是研究MOSFET动态特性很重要的因素。
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。
功率MOSFET的设计过程中采取措施使其中的寄生晶体管尽量不起作用。
在不同代功率MOSFET中其措施各有不同,但总的原则是使漏极下的横向电阻RB尽量小。
因为只有在漏极N区下的横向电阻流过足够电流为这个N区建立正偏的条件时,寄生的双极性晶闸管才开始发难。
然而在严峻的动态条件下,因dv/dt通过相应电容引起的横向电流有可能足够大。
此时这个寄生的双极性晶体管就会起动,有可能给MOSFET带来损坏。
所以考虑瞬态性能时对功率MOSFET器件内部的各个电容(它是dv/dt的通道)都必须予以注意。
瞬态情况是和线路情况密切相关的,这方面在应用中应给予足够重视。
对器件要有深入了解,才能有利于理解和分析相应的问题。
3.高压MOSFET原理与性能分析在功率半导体器件中,MOSFET以高速、低开关损耗、低驱动损耗在各种功率变换,特别是高频功率变换中起着重要作用。
在低压领域,MOSFET没有竞争对手,但随着MOS的耐压提高,导通电阻随之以2.4-2.6次方增长,其增长速度使MOSFET制造者和应用者不得不以数十倍的幅度降低额定电流,以折中额定电流、导通电阻和成本之间的矛盾。
即便如此,高压MOSFET在额定结温下的导通电阻产生的导通压降仍居高不下,耐压500V以上的MOSFET 的额定结温、额定电流条件下的导通电压很高,耐压800V以上的导通电压高得惊人,导通损耗占MOSFET总损耗的2/3-4/5,使应用受到极大限制。
3.1降低高压MOSFET导通电阻的原理与方法3.1.1 不同耐压的MOSFET的导通电阻分布。
不同耐压的MOSFET,其导通电阻中各部分电阻比例分布也不同。
如耐压30V的MOSFET,其外延层电阻仅为总导通电阻的29%,耐压600V的MOSFET的外延层电阻则是总导通电阻的96.5%。
由此可以推断耐压800V的MOSFET的导通电阻将几乎被外延层电阻占据。
欲获得高阻断电压,就必须采用高电阻率的外延层,并增厚。
这就是常规高压MOSFET结构所导致的高导通电阻的根本原因。
3.1.2 降低高压MOSFET导通电阻的思路。
增加管芯面积虽能降低导通电阻,但成本的提高所付出的代价是商业品所不允许的。
引入少数载流子导电虽能降低导通压降,但付出的代价是开关速度的降低并出现拖尾电流,开关损耗增加,失去了MOSFET的高速的优点。
以上两种办法不能降低高压MOSFET的导通电阻,所剩的思路就是如何将阻断高电压的低掺杂、高电阻率区域和导电通道的高掺杂、低电阻率分开解决。
如除导通时低掺杂的高耐压外延层对导通电阻只能起增大作用外并无其他用途。
这样,是否可以将导电通道以高掺杂较低电阻率实现,而在MOSFET关断时,设法使这个通道以某种方式夹断,使整个器件耐压仅取决于低掺杂的N-外延层。
基于这种思想,1988年INFINEON推出内建横向电场耐压为600V 的COOLMOS,使这一想法得以实现。
内建横向电场的高压MOSFET的剖面结构及高阻断电压低导通电阻的示意图如图5所示。
与常规MOSFET结构不同,内建横向电场的MOSFET嵌入垂直P区将垂直导电区域的N 区夹在中间,使MOSFET关断时,垂直的P与N之间建立横向电场,并且垂直导电区域的N 掺杂浓度高于其外延区N-的掺杂浓度。
当VGS<VTH时,由于被电场反型而产生的N型导电沟道不能形成,并且D,S间加正电压,使MOSFET内部PN结反偏形成耗尽层,并将垂直导电的N区耗尽。
这个耗尽层具有纵向高阻断电压,如图5(b)所示,这时器件的耐压取决于P与N-的耐压。
因此N-的低掺杂、高电阻率是必需的。
当CGS>VTH时,被电场反型而产生的N型导电沟道形成。
源极区的电子通过导电沟道进入被耗尽的垂直的N区中和正电荷,从而恢复被耗尽的N型特性,因此导电沟道形成。
由于垂直N区具有较低的电阻率,因而导通电阻较常规MOSFET将明显降低。
通过以上分析可以看到:阻断电压与导通电阻分别在不同的功能区域。
将阻断电压与导通电阻功能分开,解决了阻断电压与导通电阻的矛盾,同时也将阻断时的表面PN结转化为掩埋PN结,在相同的N-掺杂浓度时,阻断电压还可进一步提高。