在SiC-MOSFET中,当向漏极施加负电压时,以源极为基准,体二极管处于正向偏置状态。绿色曲线表示Vgs=0V时的特性,即MOSFET处于关断状态,没有通道电流,因此该条件下的Vd-Id特性可以看作是体二极管的Vf-If特性。正如“何谓碳化硅”中提到的,SiC具有更宽的带隙,因此其体二极管的Vf比Si-MOSFET大得多。
MOSFET中用内部二极管,保护器件免受因连接的电感性负载,产生的反向EMF尖峰的影响。当电感负载与MOSFET漏极接通时,电能立即存储在负载内部,并且在下一个瞬间随着关闭,该存储的EMF从MOSFET源极到漏极,从而导致MOSFET性损坏。在器件的漏源极间存在一个内部二极管,通过允许反电动势尖峰穿过二极管来阻止MOSFET被损坏,保护MOSFET。
每个MOSFET都带有一个内部二极管,该二极管跨接在它们的漏源极引脚之间。二极管阳极与源极相连,而阴极引脚与器件的源极引脚相连。因MOSFET配置在桥接网络中,二极管也配置成基本的全桥整流器网络格式。用几个继电器,实现快速转换,以使电网AC能够通过MOSFET二极管为电池充电。实际上,MOSFET内部二极管,此种桥式整流器网络结构,用单个变压器作为逆变器变压器和充电器变压器的过程简单。
功率MOS场效应晶体管,即MOSFET,其原意是: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。
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。
在器件应用时除了要考虑器件的电压、电流、频率外,还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。
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。
作为多数载流子器件,MOSFET在其源极和漏极之间承载电流。 该晶体管通过施加到相应 MOS 栅极的常规电压进行调节。 在 n-MOSFET中,电子充当多数载流子,而在 p-MOSFET中,空穴充当多数载流子。