功率mosfet器件由於採用了絕緣柵，只需很小的驅動功率，且開關速度優異。可以說具有「理想開關」的特性。其主要缺點是開態電阻（rds(on)）和正溫度係數較高。
本文闡述了高壓n型溝道功率mosfet的特性，並為器件選擇提供指導。最後，解釋了nce power公司mosfet的資料表。
功率mosfet結構
圖1為apt n型溝道功率mosfet剖面圖（本文只討論n型溝道mosfet）。在柵極和源極間加正壓，將從襯底抽取電子到柵極。如果柵源電壓等於或者高於閾值電壓，柵極下溝道區域將積累足夠多的電子從而產生n型反型層；在襯底形成導電溝道（mosfet被增強）。
電子在溝道內沿任意方向流動。電子從源極流向漏極時，產生正向漏極電流。溝道關斷時，正向漏極電流被阻斷，襯底與漏極之間的反偏pn結維持漏源之間的電勢差。
對於n型mosfet，正嚮導通時，只有電子流，沒有少子。開關速度僅受限於mosfet內寄生電容的充電和放電速率。因此，開關速率可以很快，開關損耗很低。
開關頻率很高時，這讓功率mosfet具有很高的效率。
圖導通電阻
導通電阻 rds(on)主要受溝道、jfet（積累層）、漂移區和寄生效應（多層金屬，鍵和線和封裝）等因素的影響。電壓超過150v時，rds(on)主要取決於漂移區電阻。
圖2 rds(on)與電流的關係
高壓mosfet中rds(on) 與電流的相關較弱。電流增大一倍rds(on)僅提高了6%，見圖2。
圖3 rds(on)與溫度的關係
相反，溫度對rds(on)的影響很大。如圖3，溫度從25°c公升高到125°c，導通電阻提高近一倍。圖3中曲線的斜率反映了rds(on)的溫度係數，由於載流子僅為多子，該溫度係數永遠為正。
隨著溫度的公升高，正溫度係數將使導通損耗按照i2r增大。
功率mosfet併聯時，正的rds(on)溫度係數可以保證熱穩定性，這是其很好的特性。然而，不能保證各分路的電流均勻。這一點容易被誤解。
mosfet易於併聯正是因為其引數的分布狹窄，特別是rds(on)。並且與正溫度係數相結合，可避免電流獨佔。
如圖4，對於任何給定的晶元尺寸，隨著額定電壓的增大，rds(on)也會隨之增大。
圖4 一定的晶元尺寸的rds(on)與v(br)dss的關係
對於功率mos v型和功率mos 7型mosfet器件，通過對額定rds(on)與v(br)dss的關係曲線進行擬和，可發現rds(on)增量與v(br)dss的平方成正比。這種非線性關係顯示了降低電晶體導通損耗的可能。
本徵和寄生引數
jfet寄生於mosfet結構中，見圖1。這對rds(on)影響很大，並且是mosfet正常操作的一部分。
本徵襯底二極體
襯底和漏之間的pn結所形成的本徵二極體稱為體二極體（見圖1）。由於襯底與源極短接，無法將反向漏極電流關斷，這樣體二極體構成了很大的電流通路。當反向漏極電流流過時，器件導通損耗降低，這是由於電子流過溝道，並且電子和少數載流子流過體二極體。
本徵襯底二極體對於需要反向漏極電流（通常稱為自振盪電流）通路的電路十分方便，例如：電橋電路。對於這樣的電路，fredfet的反向恢復特性通常都得到了改善。
fredfet是advanced power technology所使用的商標，用來區分那些採用了額外工藝步驟加快本徵襯底二極體反向恢復特性的mosfet。fredfet中沒有使用分離的二極體；僅僅是mosfet的本徵襯底二極體。通過電子輻射（經常使用的方法）或者摻雜鉑來控制襯底二極體中少數載流子的壽命，極大地降低了反向恢復充電和時間。
fredfet中額外工藝帶來的負面影響是漏電流的增大，特別是高溫時。然而，考慮到mosfet開始工作時漏電流比較低，fredfet帶來的漏電流在pn結溫度低於150°c時並不顯著。根據電子輻射劑量的不同，fredfet的額定rds(on)可能比所對應的mosfet還要高。
fredfet的襯底二極體正向壓降也會稍微高於所對應的mosfet。對於柵極充電和開關速度，兩種器件效能相同。下文中，如無特別說明，mosfet這個詞既可以代表mosfet，也可以代表fredfet。
與分立的快恢復二極體相比，無論是mosfet還是fredfet，其反向恢復效能都顯得很「笨重」。對在125°c工作的硬開關而言，由於襯底二極體反向恢復電流造成的開關損耗比分立快恢復二極體要高出5倍。造成這種狀況的原因有兩點：
1．對於mosfet或fredfet，體二極體的面積相同，但同樣功能的分立二極體面積小很多，這樣反向恢復充電效應減小了很多。
2．對於mosfet或fredfet，體二極體並沒有像分立二極體那樣對反向恢復效能進行優化。
與常規矽二極體相似，體二極體反向恢復充電效應以及時間是溫度，電流隨時間的變化率（di/dt）和電流的函式。體二極體正向壓降，vsd，隨溫度的變化率為2.5 mv/°c。
寄生雙極電晶體
mosfet結構中還寄生有npn型雙極電晶體（bjt），正常工作時並不會開啟。但如果bjt開啟並進入飽和區，將產生閂鎖效應，這時只有從外部關斷漏極電流才能關斷mosfet。閂鎖效應產生大量的熱會燒毀器件。
寄生bjt的基極與mosfet源極短接用來防止閂鎖效應，並且如果基極懸空，會極大的降低擊穿電壓（對同樣的rds(on) 來說）。理論上講，關斷時會產生極高的電壓變化率（dv/dt），這是造成閂鎖效應的主要原因。然而，對於現代常規功率mosfet，電路很難產生如此之高的dv/dt。
如果體二極體導通後反向關斷，將產生極高的電壓變化率（dv/dt），這可能會造成寄生bjt開啟。高dv/dt會在器件體區產生高的少數載流子（正載流子或者空穴）電流密度，體電阻上所積累的電壓足以開啟寄生bjt。這也是為什麼器件會對整流（體二極體反向恢復）dv/dt峰值作限制的原因。
由於降低了少數載流子壽命，fredfet器件整流dv/dt峰值要高於mosfet器件。
開關速度
由於電容不受溫度的影響，因此開關速度和開關損耗也同樣不受溫度影響。然而，二極體反向恢復電流卻隨著溫度提高而增大，因此，溫度效應會對大功率電路中的外部二極體（可以是分立二極體和mosfet或者fredfet體二極體）造成影響，從而影響開關損耗。
閾值電壓
閾值電壓，即vgs(th)，表示電晶體關斷時的電壓。該引數表示在閾值電壓下，漏極電流可以達到多少毫安培，因此，器件工作在開與關的臨界狀態。閾值電壓具有負溫度係數，這意味著隨著溫度公升高，閾值電壓將降低。
負溫度係數會影響開關延時時間，因此電橋電路對於死區時間有要求。
傳輸特性
圖5為mosfet的傳輸特性。傳輸特性依賴於溫度和漏極電流。從中可以發現，100安培以下，柵-源電壓是負溫度係數（給定漏極電流，隨著溫度公升高，柵-源電壓降低）。
而在100安培以上，溫度係數為正。柵-源電壓溫度係數和漏極電流何時從負值變為正值對於線性區操作十分重要。
圖5 傳輸特性
擊穿電壓
擊穿電壓具有正的溫度係數，我們將在後面的章節討論。
短路能力
資料表中通常不會列出抗短路能力。這是因為常規功率mosfet的抗短路能力無法與工作於高電流密度下的igbt或者其他器件相提並論。這樣，我們通常不認為mosfet和fredfet具有抗短路的能力。
資料表瀏覽
通常使用先進探針技術獲得的測試資料來選擇合適的器件並**器件的效能。通過測試曲線，可以從一組工作狀態外推到另一組工作狀態。值得注意的是：
測試曲線代表的是典型效能，而非最大或者最小的極端情況。測試得到的效能有時也或多或少的依賴於測試電路；採用不同的測試電路，得到的結果會有些許差別。
額定最大值
vdss –漏-源電壓在柵源短接，工作溫度為25°c時，漏-源額定電壓（vdss）是指漏-源未發生雪崩擊穿前所能施加的最大電壓。根據溫度的不同，實際雪崩擊穿電壓可能低於額定vdss。關於v(br)dss的詳細描述請參見靜電學特性。
vgs -柵源電壓
vgs額定電壓是柵源兩極間可以施加的最大電壓。設定該額定電壓的主要目的是防止電壓過高導致的柵氧化層損傷。實際柵氧化層可承受的電壓遠高於額定電壓，但是會隨製造工藝的不同而改變，因此保持vgs在額定電壓以內可以保證應用的可靠性。
id -連續漏電流
id定義為晶元在最大額定結溫tj(max)下，管殼在25°c或者更高溫度下，可允許的最大連續直流電流。該引數可以表示為結與管殼之間額定熱阻rθjc和管殼溫度的函式：
eq 1
該式表示了可消散的最大熱量，
等於傳導損耗所產生的最大允許熱量，i2d x rds(on)@tj(max)，這裡rds(on)@tj (max)代表最大結溫下的導通電阻。
解得id：
eq 2
可以發現：id中並不包含開關損耗，並且實際使用時保持管殼在25°c也很難。因此，硬開關應用中實際開關電流通常小於id 額定值@ tc = 25°c的一半；通常在四分之一到三分之一。
id隨tc變化的曲線
管殼溫度在一定範圍內，根據式（2）可以獲得id隨tc變化的曲線。該曲線並未考慮開關損耗的影響。圖6為id隨tc變化曲線的具體例項。
可以發現：某些情況下，封裝是限制id的主要原因（開關電流可以更高）：to-247和to-264封裝的最大電流為100amps，to-220封裝的最大電流為75amps，sot-227封裝的最大電流為220amps。
圖6 最大漏極電流隨管殼溫度的變化
idm -脈衝漏極電流
該引數反映了器件可以處理的脈衝電流的高低，脈衝電流要遠高於連續的直流電流。定義idm的目的在於：
線的歐姆區。對於一定的柵-源電壓，mosfet導通後，存在最大的漏極電流。如圖7所示，對於給定的柵-源電壓，如果工作點位於歐姆區「膝」點之上，任何漏極電流的增大都會極大地提高漏-源電壓（線性工作區），並最終增大導通損耗。
如果長時間工作在大功率之下，將導致器件失效。因此，在典型柵極驅動電壓下，需要將額定idm設定在「膝」點之下。
設定電流密度上限防止晶元由於溫度過高而燒毀。
防止過高電流流經封裝引線，因為在某些情況下，整個晶元上最「薄弱的連線」不是晶元，而是封裝引線。
圖7 mosfet輸出特性
考慮到熱效應對於idm的限制，溫度的公升高依賴於脈衝寬度，脈衝間的時間間隔，散熱狀況，rds(on)以及脈衝電流的波形和幅度。單純滿足脈衝電流不超出idm上限並不能保證結溫不超過最大允許值。可以參考熱效能與機械效能中關於瞬時熱阻的討論，來估計脈衝電流下結溫的情況。
功率器件熱管散熱器介紹
隨著功率器件如絕緣柵雙極電晶體igbt及電力電子裝置的日趨流行向小型化 大功率和高精度方面發展，除了需要採用先進的元器件和設計新型先進的電子線路外，還需要縮小散熱器的體積。因此，通常使用的鋁型材散熱器或叉指型散熱器就很難滿足功率器件散熱的要求。熱管是一種新型高效的傳熱元件，因為它利用了沸騰吸熱和凝結...
功率MOSFET測試報告
4310測試報告 一 測試專案 二 測試裝置 三 各項指標測試方法及測試結果 1 外觀檢驗 2 vgs耐壓測試 測試方法 採用直接在被測mos管vgs兩端加正負驅動電壓的方式，記錄mos管g s極有250ua漏電流的vgs電壓。測試結果 3 vds耐壓測試 測試方法 用10k電阻將被測mos管的g ...
IGBT功率器件散熱器詳解
igbt器件工作時產生的熱量會使晶元溫度公升高。如果igbt散熱問題處理不好，就有可能使晶元溫度公升高到超過所允許的最高igbt結溫，從而導致器件效能惡化或失效。若在電路設計中，進行了合理的散熱設計，不但能使器件的潛力得到充分發揮，而且還能提高電路的可靠性。因此，igbt散熱設計也是功率電子電路設計...