場效應(yīng)管發(fā)熱嚴(yán)重的原因分析-場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)特點及工作原理-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-11-26
場效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫(FET)）簡稱場效應(yīng)管。主要有兩種類型（junction FET—JFET)和金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管（metal-oxide semiconductor FET，簡稱MOS-FET）。由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。具有輸入電阻高（107～1015Ω）、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點，現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競爭者。
場效應(yīng)管（FET）是利用控制輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件，并以此命名。由于它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電，又稱單極型晶體管。
場效應(yīng)管是只要一種載流子參與導(dǎo)電，用輸入電壓控制輸出電流的半導(dǎo)體器件。有N溝道器件和P溝道器件。有結(jié)型場效應(yīng)三極管JFET和絕緣柵型場效應(yīng)三極管IGFET之分。IGFET也稱金屬-氧化物-半導(dǎo)體三極管MOSFET。
MOS場效應(yīng)管有加強(qiáng)型（EnhancementMOS或EMOS）和耗盡型（MOS或DMOS）兩大類，每一類有N溝道和P溝道兩種導(dǎo)電類型。場效應(yīng)管有三個電極：D（Drain）稱為漏極，相當(dāng)雙極型三極管的集電極；G（Gate）稱為柵極，相當(dāng)于雙極型三極管的基極；S（Source）稱為源極，相當(dāng)于雙極型三極管的發(fā)射極。
加強(qiáng)型MOS（EMOS）場效應(yīng)管道加強(qiáng)型MOSFET根本上是一種左右對稱的拓?fù)錁?gòu)造，它是在P型半導(dǎo)體上生成一層SiO2薄膜絕緣層，然后用光刻工藝擴(kuò)散兩個高摻雜的N型區(qū)，從N型區(qū)引出電極，一個是漏極D，一個是源極S。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極G。P型半導(dǎo)體稱為襯底（substrat），用符號B表示。
1．溝道構(gòu)成原理當(dāng)Vgs=0V時，漏源之間相當(dāng)兩個背靠背的二極管，在D、S之間加上電壓，不會在D、S間構(gòu)成電流。
當(dāng)柵極加有電壓時，若0＜Vgs＜Vgs（th）時（VGS（th）稱為開啟電壓），經(jīng)過柵極和襯底間的電容作用，將靠近柵極下方的P型半導(dǎo)體中的空穴向下方排擠，呈現(xiàn)了一薄層負(fù)離子的耗盡層。耗盡層中的少子將向表層運(yùn)動，但數(shù)量有限，缺乏以構(gòu)成溝道，所以依然缺乏以構(gòu)成漏極電流ID。
進(jìn)一步增加Vgs，當(dāng)Vgs＞Vgs（th）時，由于此時的柵極電壓曾經(jīng)比擬強(qiáng)，在靠近柵極下方的P型半導(dǎo)體表層中匯集較多的電子，能夠構(gòu)成溝道，將漏極和源極溝通。假如此時加有漏源電壓，就能夠構(gòu)成漏極電流ID。在柵極下方構(gòu)成的導(dǎo)電溝道中的電子，因與P型半導(dǎo)體的載流子空穴極性相反，故稱為反型層（inversionlayer）。隨著Vgs的繼續(xù)增加，ID將不時增加。
在Vgs=0V時ID=0，只要當(dāng)Vgs＞Vgs（th）后才會呈現(xiàn)漏極電流，這種MOS管稱為加強(qiáng)型MOS管。
VGS對漏極電流的控制關(guān)系可用iD=f（vGS）|VDS=const這一曲線描繪，稱為轉(zhuǎn)移特性曲線。轉(zhuǎn)移特性曲線斜率gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制造用。gm的量綱為mA/V，所以gm也稱為跨導(dǎo)。
跨導(dǎo)的定義式如下：
gm=△ID/△VGS|（單位mS）
1、電路設(shè)計的問題，就是讓MOS管工作在線性的工作狀態(tài)，而不是在開關(guān)狀態(tài)。這也是導(dǎo)致MOS管發(fā)熱的一個原因。如果N-MOS做開關(guān)，G級電壓要比電源高幾V，才能完全導(dǎo)通，P-MOS則相反。沒有完全打開而壓降過大造成功率消耗，等效直流阻抗比較大，壓降增大，所以U*I也增大，損耗就意味著發(fā)熱。這是設(shè)計電路的最忌諱的錯誤；
2、頻率太高，主要是有時過分追求體積，導(dǎo)致頻率提高，MOS管上的損耗增大了，所以發(fā)熱也加大了；
3、沒有做好足夠的散熱設(shè)計，電流太高，MOS管標(biāo)稱的電流值，一般需要良好的散熱才能達(dá)到。所以ID小于最大電流，也可能發(fā)熱嚴(yán)重，需要足夠的輔助散熱片；
4、MOS管的選型有誤，對功率判斷有誤，MOS管內(nèi)阻沒有充分考慮，導(dǎo)致開關(guān)阻抗增大。
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