MOSFET(包括SiC-MOSFET)在漏极和源极之间具有一个体二极管。体二极管由源极和漏极之间的pn结构组成,也被称为“寄生二极管”或“内部二极管”。对于MOSFET而言,体二极管的性能是其中一个重要参数,在实际应用中起着至关重要的作用。
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。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。
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。
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。
刚开始制造的晶体管使用金属栅极。 随着时间的增长,晶体管的栅极被改变,多晶硅正在被使用。 MOS的中间中间层由通常被称为栅极氧化物的氧化硅绝缘薄膜制成。 较低层的层掺杂有硅树脂。如果我们应用一个 负电压 在栅极中,栅极上产生负电荷。 在栅极之外,随着迁移率载流子带正能量,空穴被吸引到该区域。 这称为累积模式。
为了正常工作,MOSFET 保持正温度系数。这意味着几乎没有热失控的机会。通态损耗较低,因为理论上晶体管的通态电阻没有限制。此外,由于 MOSFET 可以在高频下工作,它们可以执行快速开关应用而关断损耗很小。