AN605
Vishay Siliconix公司
功率MOSFET的基础知识：
了解MOSFET特性有关
凭借优异的图
杰西·布朗，盖伊Moxey
介绍
功率MOSFET已成为标准选择的
用于低电压（ <200 V）的开关模式主开关装置
电源（ SMPS）转换器应用。但是使用
制造商的数据表来选择或尺寸正确
设备特定的电路拓扑结构变得越来越
难。对于MOSFET选择的主要标准是动力
与MOSFET相关联的损耗（与整体
开关电源的效率）和功率耗散能力
MOSFET的（相关的最大结温
和封装的热性能） 。此应用程序
笔记则侧重于基本特征和理解
的场效应晶体管。
有哪些影响的栅极几个因素
的MOSFET ，并且需要理解的基本
该器件结构的MOSFET的特性之前，依据能
进行说明。本应用笔记详细介绍了基本结构
该沟槽MOSFET结构，确定寄生
组件和定义相关的术语。这也
介绍了如何以及为什么寄生参数会发生。
用了大量的各种拓扑结构的，开关速度，负载
电流和输出电压可用，它已成为
不可能识别的一般的MOSFET ，它提供了最好的
跨越宽范围的电路条件下的性能。在
某些情况下，导通电阻（R
DS （ ON）
）损失
占主导地位，而在其它情况是所述的开关损耗
瞬态电流和电压波形，或损失
以驱动该器件的栅极相关联。这也一直是
示
1,2
该输入和输出电容可以是
占主导地位的丧失。
达到所要求的
r
DS （ ON）
or
Q
g
。然而，较低的
r
DS （ ON）
较高的栅极电荷会。对于类似的方法
比较设备是“ Baliga高频数字
任人唯贤“的BHFFOM
1
，其中假定的主导
开关损耗将与充电相关联，并
输入电容的充放电（C
国际空间站
） 。第三种方法
使用“任人唯贤新高频数字， ” NHFFOM
2
,
其中假定主导开关损失是由于
充电和输出电容的充放电（℃
OSS
).
后两种方法都是为了在应用中
其中的MOSFET将被执行。然而，这些
方法只能像对等的比较;他们不
使用户能够确定某一设备与一个数字
好处是一定比一个不同的设备与另一个更好。
图1示出在Q
g
个R
DS （ ON）
品质因数对的样本
日前，Vishay Siliconix公司的范围为30 -V SO - 8 n沟道MOSFET 。
的Si4888DY ，例如，可以是在一定的切换更好
应用比Si4842DY ，但它是不可能使用这种
使用的更复杂的数字，图形，或其他图形
择优确定客观的最佳设备特定
应用程序。
0.015
0.014
0.013
0.012
Si4886
Si4880
Si4420
Si4822
r
DS （ ON）
(W)
0.011
0.010
0.009
0.008
0.005
0.006
0.007
10
15
20
25
30
Si4842
Si4430
Si4442
35
40
Si4888
Si4872
Si4874
INTRODUCING优异的图
MOSFET选择
为了增加这种混乱，设备制造商指定
MOSFET
在不同的静态和动态参数
的条件下，减少设计师的比较像的能力
喜欢。因此，做出正确的唯一真正的方法
MOSFET的选择是在比较选择设备
在该MOSFET的将要使用的电路。
有可用的方法，但有时难以
实施，使设计人员能够比较的MOSFET的
出现适合于给定的应用。一种方法
根据评估的MOSFET是“优值”。在其
最简单的形式，择优录取的图对比栅极电荷（Q
g
)
反对研究
DS （ ON）
。这个乘法运算的结果涉及一
某些设备技术，它是有效地扩展到
文档编号： 71933
08-Sep-03
栅极电荷（ NC）
S
Siliconix的V
GS
= 4.5 V
图1 。
功德的典型数字日前，Vishay Siliconix的n沟道，
30 -V SO- 8 MOSFET的
1.
IEEE
电子设备通讯，卷10 ，第10号， 1989年10月“电
半导体器件优异的高频应用的图， “
B·贾扬特·巴利加。
1995年诠释。符号。电力半导体器件和集成电路，
Hokohama ， “优异的高频新型功率器件图
应用程序， “ IL -荣金， Mastumoto聪，坂井建雄，和
Toshiaka谷内。
www.vishay.com
2.
PROC 。
1
AN605
Vishay Siliconix公司
MOSFET结构
表1
确定了大多数人的共同定义
MOSFET参数和寄生在海沟发现
MOSFET。
然后打开和流动在垂直方向距
相邻体扩散，透过表面之间
外延漏极，到衬底中，并从晶片的
背面。沟道形成在多晶硅栅极下方形成
层沿所述平面表面。但是，平面结构
具有细胞密度，因为JFET的一种有效的有限水平
夹断效应
3
导致导通电阻增加的设备，
与沟槽结构，以非常高的电池相比
密度。
有了这样的电气和几何限制，进一步
提高到平面以上3000万DMOS细胞密度
细胞/英寸
2
不仅是不必要的，而且也很可能是
损害表现。只有通过消除夹住
效应细胞可以减少显著受益MOSFET
导通电阻。
为了克服该平面夹断的问题，设备设计者
在日前，Vishay Siliconix的实施沟槽栅垂直功率
MOSFET或TrenchFETr 。而不是传导电流沿
在表面上， TrenchFET经由形成的信道进行
垂直地沿着蚀刻到硅中的沟槽的侧壁。
甲沟DMOS的横截面示于
图2中。
利用
闭孔图案类似于平面DMOS的，该沟槽
形成包围硅岛网格。每个硅岛
是具有双扩散沟道区域和位置的其
相关的源扩散。
沟槽oxided ，然后填充
平坦化以形成器件的栅极。
导体和
表1
MOSFET参数的定义
符号
R
B
R
g
描述
基极电阻
栅极电阻内部到MOSFET
C
gs
电容由于源和信道的重叠
地区的多晶硅栅。独立的应用
电压。
由两部分组成：
C
gd
1 ..伴有多晶硅栅的重叠和
硅中的JFET区域的下方。独立
施加的电压。
2 ..与耗尽区相关联的电容
立即下门。的非线性函数
电压。
这提供了输出和之间的反馈回路
输入电路。这就是所谓的米勒电容，因为它
使总的动态输入电容成为
比的静态电容的总和越大。
C
ds
电容与主体漂移二极管相关联。而异
成反比与漏源偏压的平方根。
BV
DSS
电压，在该反向偏压体漂移二极管场所
向下和一个显著电流开始到源极之间流动
和由雪崩multipication过程排出，同时该
栅极和源极短接在一起。这通常是
在250 mA的漏电流测量。
通态电阻的海沟。等于
R
来源
+ R
CH
+ R
A
+ R
D
+ R
子
+ R
WCL
源扩散性
通道电阻
积累性
漂移区电阻
Susbtrate性
r
DS （ ON）
R
来源
R
CH
R
A
R
J
JFET电阻成分
R
D
R
子
R
WCL
g
fs
与此沟槽的技术，它是feasable增加细胞
密度而没有任何的JFET的夹断效应，因此，高
细胞密度（ >200000000细胞/英寸
2
）是可以实现的。这是
有益的增量步长到小区的这个水平
密度，从而创造一个家庭的平衡装置
超低导通电阻，栅特性，和成本。
然而，增加的每片晶圆芯片，从而提高成本
益，并减少在r中
DS （ ON）
，这提高了
性能，仍然是两个最引人注目的优势。
科幻gure 3
给出了MOSFET沟槽管芯中的一个横截面
178万个细胞/英寸的密度
2
。这是通过将一个片
在一个区中实际超高密度细胞晶片
展示了高密度的细胞比例。为了实现这种
一个小区图，重点一直放在两个外侧和
垂直细胞比例，优化不是只有R
DS （ ON）
而且还
门的特点。
随着横向缩放的进步，旨在提高
细胞密度，还具有在所改善
相关联的电容，图3b中，以提高快速开关，
这对于高频操作（ >400千赫）是必不可少的。
此外，在轻负载电流，栅极驱动损耗成为一个
显著贡献的因素对整个系统的效率，
因此，栅极电容必须被考虑在内。
垂直缩放的改善，实现了更低
电容，从而为r的低功值
DS （ ON）
X Q
g
of
<100 （MW X NC） 。
3.
“A
键合线，接触电阻引线框架（在显著
低电压设备）
跨导，漏极的灵敏度的量度
电压变化的栅极 - 源极偏置。通常为报价
A V
GS
即给出的漏极电流等于
1
/
2
最多
当前和V
DS
这可确保在操作
恒流区域。
备注：G型
fs
由栅极宽度，其增加的影响
比例为细胞密度增加。缩短通道长度
是既克有益
fs
和R
DS （ ON）
.
输入电容。等于C
gs
+ C
gd
用C
ds
短路。
反向传输电容，C
gd
输出电容。等于C
ds
+ C
gd
C
国际空间站
C
RSS
Q
g
C
OSS
总栅极电荷。电荷由消耗的量
栅电容
门源电荷。由栅极所消耗的电荷
源电容。
Q
gs
Q
gd
栅漏极电荷。由栅极漏极消耗的电荷
电容。
可以推导出任何功率MOSFET器件的基础
从垂直
平面DMOS技术。电流
从源发出的侧向流动沿表面
www.vishay.com
五倍增加细胞密度设置的新里程碑TrenchFETR
设备性能， “ G. Moxey和M.速度。 PCIM ， 2001年。
文档编号： 71933
08-Sep-03
2
AN605
Vishay Siliconix公司
C
DG
C
DG （上）
V
DS
门
电压
打开-O FF
当前
C
DG （关闭）
开启
V
GS
= V
DS
V
DS
磨坊主
高原
图5中。
栅 - 漏电容在漏极 - 源极
电压范围
图6 。
栅电压和各自的电压和电流
导通时
然而，应该指出的是，因为该等效电路
远小于电阻器和三个电容器更复杂，
这些电容仅可用于理解本
开关瞬变行为。
栅极 - 漏极电容C
gd
和栅极 - 源极
电容C
gs
是电压依赖性的电容，并
因此，电容值的变化取决于
跨越漏极源极和还隔着出现电压
器件的栅源。在C中的变化
gd
更
比C显著
gs
，仅仅是因为出现的电压
穿过它比可见C两端大得多
gs
。变化
在C
gd4
，如图5所示，可以是大到100倍
通常近似为两个静态值。这些
电容的变化对电压的影响，该
出现在器件的栅极，被称为米勒高原
4
.
这导致关断和导通上升和下降时间上的
开关瞬变并且使得栅极电压为“扁平化
出“ ，如图6 。
结论
本应用笔记是首次在一系列的技术
描述的基本特点和操作文件
在实现时，功率MOSFET的性能
开关型电源。它的目的是让读者
在设备的技术彻底的背景背后
日前，Vishay Siliconix公司的MOSFET 。
FOM的本身并不能使电源设计
选择的理想设备，但它给出的概述
设备的技术和可能的性能。举个
明确的和主观的分析，每一个FOM不得不
被修改以包括在应用程序的信息，其中
在MOSFET是要被使用。因此，应用笔记
定义的原理特性（表1） ，这需
当一个选择了正确的设备考虑在内
特定连接的C应用程序。
4.
“权力
电子转换器，应用和设计， “磨憨，
下井和罗宾斯。 ISBN 0-471-58404-8 。
文档编号： 71933
08-Sep-03
www.vishay.com
4
AN605
Vishay Siliconix公司
功率MOSFET的基础知识：
了解MOSFET特性有关
凭借优异的图
杰西·布朗，盖伊Moxey
介绍
功率MOSFET已成为标准选择的
用于低电压（ <200 V）的开关模式主开关装置
电源（ SMPS）转换器应用。但是使用
制造商的数据表来选择或尺寸正确
设备特定的电路拓扑结构变得越来越
难。对于MOSFET选择的主要标准是动力
与MOSFET相关联的损耗（与整体
开关电源的效率）和功率耗散能力
MOSFET的（相关的最大结温
和封装的热性能） 。此应用程序
笔记则侧重于基本特征和理解
的场效应晶体管。
有哪些影响的栅极几个因素
的MOSFET ，并且需要理解的基本
该器件结构的MOSFET的特性之前，依据能
进行说明。本应用笔记详细介绍了基本结构
该沟槽MOSFET结构，确定寄生
组件和定义相关的术语。这也
介绍了如何以及为什么寄生参数会发生。
用了大量的各种拓扑结构的，开关速度，负载
电流和输出电压可用，它已成为
不可能识别的一般的MOSFET ，它提供了最好的
跨越宽范围的电路条件下的性能。在
某些情况下，导通电阻（R
DS （ ON）
）损失
占主导地位，而在其它情况是所述的开关损耗
瞬态电流和电压波形，或损失
以驱动该器件的栅极相关联。这也一直是
示
1,2
该输入和输出电容可以是
占主导地位的丧失。
达到所要求的
r
DS （ ON）
or
Q
g
。然而，较低的
r
DS （ ON）
较高的栅极电荷会。对于类似的方法
比较设备是“ Baliga高频数字
任人唯贤“的BHFFOM
1
，其中假定的主导
开关损耗将与充电相关联，并
输入电容的充放电（C
国际空间站
） 。第三种方法
使用“任人唯贤新高频数字， ” NHFFOM
2
,
其中假定主导开关损失是由于
充电和输出电容的充放电（℃
OSS
).
后两种方法都是为了在应用中
其中的MOSFET将被执行。然而，这些
方法只能像对等的比较;他们不
使用户能够确定某一设备与一个数字
好处是一定比一个不同的设备与另一个更好。
图1示出在Q
g
个R
DS （ ON）
品质因数对的样本
日前，Vishay Siliconix公司的范围为30 -V SO - 8 n沟道MOSFET 。
的Si4888DY ，例如，可以是在一定的切换更好
应用比Si4842DY ，但它是不可能使用这种
使用的更复杂的数字，图形，或其他图形
择优确定客观的最佳设备特定
应用程序。
0.015
0.014
0.013
0.012
Si4886
Si4880
Si4420
Si4822
r
DS （ ON）
(W)
0.011
0.010
0.009
0.008
0.005
0.006
0.007
10
15
20
25
30
Si4842
Si4430
Si4442
35
40
Si4888
Si4872
Si4874
INTRODUCING优异的图
MOSFET选择
为了增加这种混乱，设备制造商指定
MOSFET
在不同的静态和动态参数
的条件下，减少设计师的比较像的能力
喜欢。因此，做出正确的唯一真正的方法
MOSFET的选择是在比较选择设备
在该MOSFET的将要使用的电路。
有可用的方法，但有时难以
实施，使设计人员能够比较的MOSFET的
出现适合于给定的应用。一种方法
根据评估的MOSFET是“优值”。在其
最简单的形式，择优录取的图对比栅极电荷（Q
g
)
反对研究
DS （ ON）
。这个乘法运算的结果涉及一
某些设备技术，它是有效地扩展到
文档编号： 71933
08-Sep-03
栅极电荷（ NC）
S
Siliconix的V
GS
= 4.5 V
图1 。
功德的典型数字日前，Vishay Siliconix的n沟道，
30 -V SO- 8 MOSFET的
1.
IEEE
电子设备通讯，卷10 ，第10号， 1989年10月“电
半导体器件优异的高频应用的图， “
B·贾扬特·巴利加。
1995年诠释。符号。电力半导体器件和集成电路，
Hokohama ， “优异的高频新型功率器件图
应用程序， “ IL -荣金， Mastumoto聪，坂井建雄，和
Toshiaka谷内。
www.vishay.com
2.
PROC 。
1
AN605
Vishay Siliconix公司
MOSFET结构
表1
确定了大多数人的共同定义
MOSFET参数和寄生在海沟发现
MOSFET。
然后打开和流动在垂直方向距
相邻体扩散，透过表面之间
外延漏极，到衬底中，并从晶片的
背面。沟道形成在多晶硅栅极下方形成
层沿所述平面表面。但是，平面结构
具有细胞密度，因为JFET的一种有效的有限水平
夹断效应
3
导致导通电阻增加的设备，
与沟槽结构，以非常高的电池相比
密度。
有了这样的电气和几何限制，进一步
提高到平面以上3000万DMOS细胞密度
细胞/英寸
2
不仅是不必要的，而且也很可能是
损害表现。只有通过消除夹住
效应细胞可以减少显著受益MOSFET
导通电阻。
为了克服该平面夹断的问题，设备设计者
在日前，Vishay Siliconix的实施沟槽栅垂直功率
MOSFET或TrenchFETr 。而不是传导电流沿
在表面上， TrenchFET经由形成的信道进行
垂直地沿着蚀刻到硅中的沟槽的侧壁。
甲沟DMOS的横截面示于
图2中。
利用
闭孔图案类似于平面DMOS的，该沟槽
形成包围硅岛网格。每个硅岛
是具有双扩散沟道区域和位置的其
相关的源扩散。
沟槽oxided ，然后填充
平坦化以形成器件的栅极。
导体和
表1
MOSFET参数的定义
符号
R
B
R
g
描述
基极电阻
栅极电阻内部到MOSFET
C
gs
电容由于源和信道的重叠
地区的多晶硅栅。独立的应用
电压。
由两部分组成：
C
gd
1 ..伴有多晶硅栅的重叠和
硅中的JFET区域的下方。独立
施加的电压。
2 ..与耗尽区相关联的电容
立即下门。的非线性函数
电压。
这提供了输出和之间的反馈回路
输入电路。这就是所谓的米勒电容，因为它
使总的动态输入电容成为
比的静态电容的总和越大。
C
ds
电容与主体漂移二极管相关联。而异
成反比与漏源偏压的平方根。
BV
DSS
电压，在该反向偏压体漂移二极管场所
向下和一个显著电流开始到源极之间流动
和由雪崩multipication过程排出，同时该
栅极和源极短接在一起。这通常是
在250 mA的漏电流测量。
通态电阻的海沟。等于
R
来源
+ R
CH
+ R
A
+ R
D
+ R
子
+ R
WCL
源扩散性
通道电阻
积累性
漂移区电阻
Susbtrate性
r
DS （ ON）
R
来源
R
CH
R
A
R
J
JFET电阻成分
R
D
R
子
R
WCL
g
fs
与此沟槽的技术，它是feasable增加细胞
密度而没有任何的JFET的夹断效应，因此，高
细胞密度（ >200000000细胞/英寸
2
）是可以实现的。这是
有益的增量步长到小区的这个水平
密度，从而创造一个家庭的平衡装置
超低导通电阻，栅特性，和成本。
然而，增加的每片晶圆芯片，从而提高成本
益，并减少在r中
DS （ ON）
，这提高了
性能，仍然是两个最引人注目的优势。
科幻gure 3
给出了MOSFET沟槽管芯中的一个横截面
178万个细胞/英寸的密度
2
。这是通过将一个片
在一个区中实际超高密度细胞晶片
展示了高密度的细胞比例。为了实现这种
一个小区图，重点一直放在两个外侧和
垂直细胞比例，优化不是只有R
DS （ ON）
而且还
门的特点。
随着横向缩放的进步，旨在提高
细胞密度，还具有在所改善
相关联的电容，图3b中，以提高快速开关，
这对于高频操作（ >400千赫）是必不可少的。
此外，在轻负载电流，栅极驱动损耗成为一个
显著贡献的因素对整个系统的效率，
因此，栅极电容必须被考虑在内。
垂直缩放的改善，实现了更低
电容，从而为r的低功值
DS （ ON）
X Q
g
of
<100 （MW X NC） 。
3.
“A
键合线，接触电阻引线框架（在显著
低电压设备）
跨导，漏极的灵敏度的量度
电压变化的栅极 - 源极偏置。通常为报价
A V
GS
即给出的漏极电流等于
1
/
2
最多
当前和V
DS
这可确保在操作
恒流区域。
备注：G型
fs
由栅极宽度，其增加的影响
比例为细胞密度增加。缩短通道长度
是既克有益
fs
和R
DS （ ON）
.
输入电容。等于C
gs
+ C
gd
用C
ds
短路。
反向传输电容，C
gd
输出电容。等于C
ds
+ C
gd
C
国际空间站
C
RSS
Q
g
C
OSS
总栅极电荷。电荷由消耗的量
栅电容
门源电荷。由栅极所消耗的电荷
源电容。
Q
gs
Q
gd
栅漏极电荷。由栅极漏极消耗的电荷
电容。
可以推导出任何功率MOSFET器件的基础
从垂直
平面DMOS技术。电流
从源发出的侧向流动沿表面
www.vishay.com
五倍增加细胞密度设置的新里程碑TrenchFETR
设备性能， “ G. Moxey和M.速度。 PCIM ， 2001年。
文档编号： 71933
08-Sep-03
2
AN605
Vishay Siliconix公司
C
DG
C
DG （上）
V
DS
门
电压
打开-O FF
当前
C
DG （关闭）
开启
V
GS
= V
DS
V
DS
磨坊主
高原
图5中。
栅 - 漏电容在漏极 - 源极
电压范围
图6 。
栅电压和各自的电压和电流
导通时
然而，应该指出的是，因为该等效电路
远小于电阻器和三个电容器更复杂，
这些电容仅可用于理解本
开关瞬变行为。
栅极 - 漏极电容C
gd
和栅极 - 源极
电容C
gs
是电压依赖性的电容，并
因此，电容值的变化取决于
跨越漏极源极和还隔着出现电压
器件的栅源。在C中的变化
gd
更
比C显著
gs
，仅仅是因为出现的电压
穿过它比可见C两端大得多
gs
。变化
在C
gd4
，如图5所示，可以是大到100倍
通常近似为两个静态值。这些
电容的变化对电压的影响，该
出现在器件的栅极，被称为米勒高原
4
.
这导致关断和导通上升和下降时间上的
开关瞬变并且使得栅极电压为“扁平化
出“ ，如图6 。
结论
本应用笔记是首次在一系列的技术
描述的基本特点和操作文件
在实现时，功率MOSFET的性能
开关型电源。它的目的是让读者
在设备的技术彻底的背景背后
日前，Vishay Siliconix公司的MOSFET 。
FOM的本身并不能使电源设计
选择的理想设备，但它给出的概述
设备的技术和可能的性能。举个
明确的和主观的分析，每一个FOM不得不
被修改以包括在应用程序的信息，其中
在MOSFET是要被使用。因此，应用笔记
定义的原理特性（表1） ，这需
当一个选择了正确的设备考虑在内
特定连接的C应用程序。
4.
“权力
电子转换器，应用和设计， “磨憨，
下井和罗宾斯。 ISBN 0-471-58404-8 。
文档编号： 71933
08-Sep-03
www.vishay.com
4
本站由ICminer.com电子图书馆服务版权所有2003
本站由ICminer.com电子图书馆服务版权所有2003
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