【基础知识】MOSFET 基础

本文档是一份关于功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的应用指南，详细介绍了MOSFET的基础知识、结构、特性以及在不同应用中的表现。文档首先概述了MOSFET相较于双极性功率晶体管（BPT）的优势，以及其在开关电源（SMPS）、计算机外设、汽车和电机控制等领域的应用。接着，文档回顾了场效应晶体管（FET）的历史，从20世纪二三十年代的理论提出到20世纪70年代功率MOSFET的设计改进。 文档深入探讨了FET的两种类型：结型场效应晶体管（JFET）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），包括它们的工作原理和结构。特别指出了MOSFET的两种类型——耗尽型和增强型，以及它们的N/P沟道变体。文档还介绍了MOSFET的横向沟道和垂直沟道设计，以及VMOSFET、DMOSFET和UMOSFET三种主要的商业设计。 在MOSFET特性方面，文档强调了其高输入阻抗、单极器件特性、广泛的安全工作区（SOA）和正温度系数的正向导通压降等优势，同时也讨论了在高击穿电压器件中MOSFET的导通损耗可能比BJT大的劣势。文档还详细描述了MOSFET的基本特性，包括垂直四层结构、寄生BJT和二极管的存在，以及输出特性和转换特性。 文档进一步讨论了MOSFET在导通和关断状态下的特性，包括关断状态下的最大漏极至源极电压（BVDSS）、漏极至源极漏电流（IDSS），以及接通瞬态和关断瞬态过程中的沟道形成和反型层的形成。导通状态下，文档解释了漏电流（ID）随漏极至源极电压（VDD）的变化，以及在不同VDD条件下反型层厚度的变化对电流的影响。 文档还涵盖了MOSFET的寄生电容特性，包括输入电容、输出电容和反向传输电容，以及它们在不同电压和结构参数下的表现。栅极电荷的特性，如总栅极电荷、栅极至源极电荷和栅极至漏极（米勒）电荷也在文档中得到了讨论。 在讨论MOSFET的导通和关断电阻时，文档介绍了漏极至源极导通电阻（RDS(on)）的重要性，并提供了减少RDS(on)的方法。文档还讨论了阈值电压（VGS(th)）、跨导（gfs）、漏源极击穿电压（BVDS）和漏极至源极漏电流（IDSS）的温度特性。 最后，文档探讨了MOSFET的开关特性，包括导通延迟、上升时间、关断延迟和下降时间，并讨论了单脉冲雪崩能量非箝位感性开关（EAS）和重复雪崩额定值（EAR, IAR）。文档还涉及了漏极至源极dv/dt额定值、热特性技术以及安全工作区（SOA）等关键参数和概念，为MOSFET的设计和应用提供了全面的技术指导。