什么是MOS管

mos管是金屬(metal)—氧化物(oxide)—半導(dǎo)體(semiconductor)場效應(yīng)晶體管，或者稱是金屬—絕緣體(insulator)—半導(dǎo)體。MOS管的source和drain是可以對調(diào)的，他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下，這個(gè)兩個(gè)區(qū)是一樣的，即使兩端對調(diào)也不會影響器件的性能。這樣的器件被認(rèn)為是對稱的。

什么是晶體管

嚴(yán)格意義上講，晶體管泛指一切以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的單一元件，包括各種半導(dǎo)體材料制成的二極管、三極管、場效應(yīng)管、可控硅等。晶體管有時(shí)多指晶體三極管。

晶體管主要分為兩大類：雙極性晶體管（BJT）和場效應(yīng)晶體管（FET）。

晶體管有三個(gè)極；雙極性晶體管的三個(gè)極，分別由N型跟P型組成發(fā)射極（Emitter）、基極(Base) 和集電極（Collector）;場效應(yīng)晶體管的三個(gè)極，分別是源極（Source）、柵極（Gate）和漏極（Drain）。

晶體管因?yàn)橛腥N極性，所以也有三種的使用方式，分別是發(fā)射極接地（又稱共射放大、CE組態(tài)）、基極接地（又稱共基放大、CB組態(tài)）和集電極接地（又稱共集放大、CC組態(tài)、發(fā)射極隨耦器）。

晶體管分類

材料

按晶體管使用的半導(dǎo)體材料可分為硅材料晶體管和鍺材料晶體管。按晶體管的極性可分為鍺NPN型晶體管、鍺PNP晶體管、硅NPN型晶體管和硅PNP型晶體管。

工藝

晶體管按其結(jié)構(gòu)及制造工藝可分為擴(kuò)散型晶體管、合金型晶體管和平面型晶體管。

電流容量

晶體管按電流容量可分為小功率晶體管、中功率晶體管和大功率晶體管。

工作頻率

晶體管按工作頻率可分為低頻晶體管、高頻晶體管和超高頻晶體管等。

封裝結(jié)構(gòu)

晶體管按封裝結(jié)構(gòu)可分為金屬封裝（簡稱金封）晶體管、塑料封裝（簡稱塑封）晶體管、玻璃殼封裝（簡稱玻封）晶體管、表面封裝（片狀）晶體管和陶瓷封裝晶體管等。其封裝外形多種多樣。

按功能和用途

晶體管按功能和用途可分為低噪聲放大晶體管、中高頻放大晶體管、低頻放大晶體管、開關(guān)晶體管、達(dá)林頓晶體管、高反壓晶體管、帶阻晶體管、帶阻尼晶體管、微波晶體管、光敏晶體管和磁敏晶體管等多種類型。

晶體管種類分析

半導(dǎo)體三極管

是內(nèi)部含有兩個(gè)PN結(jié)，外部通常為三個(gè)引出電極的半導(dǎo)體器件。它對電信號有放大和開關(guān)等作用，應(yīng)用十分廣泛。輸入級和輸出級都采用晶體管的邏輯電路，叫做晶體管－晶體管邏輯電路，書刊和實(shí)用中都簡稱為TTL電路，它屬于半導(dǎo)體集成電路的一種，其中用得最普遍的是TTL與非門。TTL與非門是將若干個(gè)晶體管和電阻元件組成的電路系統(tǒng)集中制造在一塊很小的硅片上，封裝成一個(gè)獨(dú)立的元件。半導(dǎo)體三極管是電路中應(yīng)用最廣泛的器件之一，在電路中用“V”或“VT”（舊文字符號為“Q”、“GB”等）表示。

電力晶體管

電力晶體管按英文Giant Transistor直譯為巨型晶體管，是一種耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction Transistor—BJT），所以有時(shí)也稱為Power BJT；其特性有：耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，但驅(qū)動電路復(fù)雜，驅(qū)動功率大；GTR和普通雙極結(jié)型晶體管的工作原理是一樣的。

光晶體管

光晶體管（phototransistor）由雙極型晶體管或場效應(yīng)晶體管等三端器件構(gòu)成的光電器件。光在這類器件的有源區(qū)內(nèi)被吸收，產(chǎn)生光生載流子，通過內(nèi)部電放大機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生光電流增益。光晶體管三端工作，故容易實(shí)現(xiàn)電控或電同步。光晶體管所用材料通常是砷化鎵（GaAs），主要分為雙極型光晶體管、場效應(yīng)光晶體管及其相關(guān)器件。雙極型光晶體管通常增益很高，但速度不太快，對于GaAs-GaAlAs，放大系數(shù)可大于1000，響應(yīng)時(shí)間大于納秒，常用于光探測器，也可用于光放大。場效應(yīng)光晶體管響應(yīng)速度快（約為50皮秒），但缺點(diǎn)是光敏面積小，增益小（放大系數(shù)可大于10），常用作極高速光探測器。與此相關(guān)還有許多其他平面型光電器件，其特點(diǎn)均是速度快（響應(yīng)時(shí)間幾十皮秒）、適于集成。這類器件可望在光電集成中得到應(yīng)用。

雙極晶體管

雙極晶體管（bipolar transistor）指在音頻電路中使用得非常普遍的一種晶體管。雙極則源于電流系在兩種半導(dǎo)體材料中流過的關(guān)系。雙極晶體管根據(jù)工作電壓的極性而可分為NPN型或PNP型。

雙極結(jié)型

“雙極”的含義是指其工作時(shí)電子和空穴這兩種載流子都同時(shí)參與運(yùn)動。雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction Transistor—BJT）又稱為半導(dǎo)體三極管，它是通過一定的工藝將兩個(gè)PN結(jié)結(jié)合在一起的器件，有PNP和NPN兩種組合結(jié)構(gòu)；外部引出三個(gè)極：集電極，發(fā)射極和基極，集電極從集電區(qū)引出，發(fā)射極從發(fā)射區(qū)引出，基極從基區(qū)引出（基區(qū)在中間）；

BJT有放大作用，重要依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸?shù)竭_(dá)集電區(qū)而實(shí)現(xiàn)的，為了保證這一傳輸過程，一方面要滿足內(nèi)部條件，即要求發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度要遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，同時(shí)基區(qū)厚度要很小，另一方面要滿足外部條件，即發(fā)射結(jié)要正向偏置（加正向電壓）、集電結(jié)要反偏置；BJT種類很多，按照頻率分，有高頻管，低頻管，按照功率分，有小、中、大功率管，按照半導(dǎo)體材料分，有硅管和鍺管等；其構(gòu)成的放大電路形式有：共發(fā)射極、共基極和共集電極放大電路。

場效應(yīng)晶體管

“場效應(yīng)”的含義是這種晶體管的工作原理是基于半導(dǎo)體的電場效應(yīng)的。

場效應(yīng)晶體管（field effect transistor）利用場效應(yīng)原理工作的晶體管，英文簡稱FET。場效應(yīng)晶體管又包含兩種主要類型：結(jié)型場效應(yīng)管（Junction FET，縮寫為JFET)和金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管（Metal-Oxide Semiconductor FET，縮寫為MOS-FET）。與BJT不同的是，F(xiàn)ET只由一種載流子（多數(shù)載流子）參與導(dǎo)電，因此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、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(diǎn)。

靜電感應(yīng)

靜電感應(yīng)晶體管SIT(Static Induction Transistor)誕生于1970年，實(shí)際上是一種結(jié)型場效應(yīng)晶體管。將用于信息處理的小功率SIT器件的橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)改為垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，即可制成大功率的SIT器件。SIT是一種多子導(dǎo)電的器MOSFET相當(dāng)，甚至超過電力MOSFET，而功率容量也比電力MOSFET大，因而適用于高頻大功率場合，目前已在雷達(dá)通信設(shè)備、超聲波功率放大、脈沖功率放大和高頻感應(yīng)加熱等某些專業(yè)領(lǐng)域獲得了較多的應(yīng)用。

單電子晶體管

用一個(gè)或者少量電子就能記錄信號的晶體管。隨著半導(dǎo)體刻蝕技術(shù)和工藝的發(fā)展，大規(guī)模集成電路的集成度越來越高。以動態(tài)隨機(jī)存儲器(DRAM)為例，它的集成度差不多以每兩年增加四倍的速度發(fā)展，預(yù)計(jì)單電子晶體管將是最終的目標(biāo)。目前一般的存儲器每個(gè)存儲元包含了20萬個(gè)電子，而單電子晶體管每個(gè)存儲元只包含了一個(gè)或少量電子，因此它將大大降低功耗，提高集成電路的集成度。1989年斯各特(J.H. F.Scott-Thomas)等人在實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)了庫侖阻塞現(xiàn)象。

IGBT

絕緣柵雙極晶體管（Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT）綜合了電力晶體管（Giant Transistor—GTR）和電力場效應(yīng)晶體管（Power MOSFET）的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的特性，應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛；IGBT也是三端器件：柵極，集電極和發(fā)射極。

晶體管的主要參數(shù)指標(biāo)

放大系數(shù)

直流電流放大系數(shù)也稱靜態(tài)電流放大系數(shù)或直流放大倍數(shù)，是指在靜態(tài)無變化信號輸入時(shí)，晶體管集電極電流IC與基極電流IB的比值，一般用hFE或β表示。

耗散功率

耗散功率也稱集電極最大允許耗散功率PCM，是指晶體管參數(shù)變化不超過規(guī)定允許值時(shí)的最大集電極耗散功率。

特征頻率fT　晶體管的工作頻率超過截止頻率fβ或fα時(shí)，其電流放大系數(shù)β值將隨著頻率的升高而下降。特征頻率是指β值降為1時(shí)晶體管的工作頻率。

最高頻率fM

最高振蕩頻率是指晶體管的功率增益降為1時(shí)所對應(yīng)的頻率。

最大電流

集電極最大電流（ICM）是指晶體管集電極所允許通過的最大電流。當(dāng)晶體管的集電極電流IC超過ICM時(shí)，晶體管的β值等參數(shù)將發(fā)生明顯變化，影響其正常工作，甚至還會損壞。

最大反向電壓

最大反向電壓是指晶體管在工作時(shí)所允許施加的最高工作電壓。它包括集電極—發(fā)射極反向擊穿電壓、集電極—基極反向擊穿電壓和發(fā)射極—基極反向擊穿電壓。

MOS管的主要特性

導(dǎo)通電阻的降低

INFINEON的內(nèi)建橫向電場的MOSFET，耐壓600V和800V，與常規(guī)MOSFET器件相比，相同的管芯面積，導(dǎo)通電阻分別下 降到常規(guī)MOSFET的1/5， 1/10；相同的額定電流，導(dǎo)通電阻分別下降到1/2和約1/3。在額定結(jié)溫、額定電流條件下，導(dǎo)通電壓分別從12.6V，19.1V下降到 6.07V，7.5V；導(dǎo)通損耗下降到常規(guī)MOSFET的1/2和1/3。由于導(dǎo)通損耗的降低，發(fā)熱減少，器件相對較涼，故稱COOLMOS。

封裝的減小和熱阻的降低

相同額定電流的COOLMOS的管芯較常規(guī)MOSFET減小到1/3和1/4，使封裝減小兩個(gè)管殼規(guī)格。由于COOLMOS管芯厚度僅為常規(guī)MOSFET的1/3，使TO-220封裝RTHJC從常規(guī)1℃/W降到0.6℃/W；額定功率從125W上升到208W，使管芯散熱能力提高。

開關(guān)特性的改善

COOLMOS的柵極電荷與開關(guān)參數(shù)均優(yōu)于常規(guī)MOSFET，很明顯，由于QG，特別是QGD的減少，使COOLMOS的開關(guān)時(shí)間約為常 規(guī)MOSFET的1/2；開關(guān)損耗降低約50%。關(guān)斷時(shí)間的下降也與COOLMOS內(nèi)部低柵極電阻(＜1Ω＝有關(guān)。

抗雪崩擊穿能力與SCSOA

目前，新型的MOSFET無一例外地具有抗雪崩擊穿能力。COOLMOS同樣具有抗雪崩能力。在相同額定電流 下，COOLMOS的IAS與ID25℃相同。但由于管芯面積的減小，IAS小于常規(guī)MOSFET，而具有相同管芯面積時(shí)，IAS和EAS則均大于常規(guī) MOSFET。

COOLMOS的最大特點(diǎn)之一就是它具有短路安全工作區(qū)（SCSOA），而常規(guī)MOS不具備這個(gè)特性。 

COOLMOS的SCSOA的獲得主要是由于轉(zhuǎn)移特性的變化和管芯熱阻降低。COOLMOS的轉(zhuǎn)移特性如圖所示。從圖可以看到，當(dāng)VGS＞8V 時(shí)，COOLMOS的漏極電流不再增加，呈恒流狀態(tài)。特別是在結(jié)溫升高時(shí)，恒流值下降，在最高結(jié)溫時(shí)，約為ID25℃的2倍，即正常工作電流的3-3.5 倍。在短路狀態(tài)下，漏極電流不會因柵極的15V驅(qū)動電壓而上升到不可容忍的十幾倍的ID25℃，使COOLMOS在短路時(shí)所耗散的功率限制在 350V×2ID25℃，盡可能地減少短路時(shí)管芯發(fā)熱。

管芯熱阻降低可使管芯產(chǎn)生的熱量迅速地散發(fā)到管殼，抑制了管芯溫度的上升速度。因 此，COOLMOS可在正常柵極電壓驅(qū)動，在0.6VDSS電源電壓下承受10ΜS短路沖擊，時(shí)間間隔大于1S，1000次不損壞，使COOLMOS可像 IGBT一樣，在短路時(shí)得到有效的保護(hù)。

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