单极型器件内部的载流子或者是自由电子或者是空穴,两者只能其一。电流主要由漂移构成,目前应用中比较典型的代表是功率MOSFET。
1.功率MOSFET输出特性
功率MOSFET管的静态伏安特性如图5-6所示。当功率MOS管充分导通进入电阻区(线性区)时,就像一个电阻,当栅极电压小于阀值电压时,功率MOS管处于截止状态。为保证器件导通后进入线性工作区,栅极电压要足够大,一般要大于10V。显然,UGS越大,可变电阻区部分UDS就越大。由于功率MOS管从结构和参数上保证了寄生晶体管不起作用,因此在工作中很难发生二次击穿现象,它的安全工作区宽。
图5-6 功率MOSFET器件(单极型器件) 的伏安特性
2.功率MOSFET主要参数
(1)开启电压UGS(th):又称阈值电压,它是指功率MOSFET管扩散沟道区发生变形使沟道导通所必需的栅源电压。随着栅极电压的增加,导电沟道逐渐“增强”,即其电阻逐渐减小,电流逐渐增大。开启电压UGS(th)随结温变化而变化,并具有负的温度系数。
(2)漏极电流ID:当栅极加适当的极性和大小的电压时,沟道连接了源极和漏极的轻掺杂区,并且产生了漏极电流,当漏极电压较小时,漏极电流与漏极电压呈线性关系:
式中 μ——载流子迁移率;
C0——单位面积的栅极氧化电容;(www.daowen.com)
Z——沟道宽度;
L——沟道长度。
随着漏极电压的增加,漏极电流出现饱和与UGS平方成一定关系:
(3)跨导gs:功率MOSFET的跨导或增益定义为漏极电流对栅源电压的变化率,即
上式表明,漏极电流和跨导是密切相关的,跨导是栅源极电压的线性函数。
图5-7 栅源电压与通态电阻的关系
(4)通态电阻Ron:通态电阻Ron是指在确定的栅源电压UGS下,功率MOSFET处于恒流区时的直流电阻,它与输出特性密切相关,是影响到输出功率的重要参数。Ron的大小与栅源电压有很大的关系,如图5-7所示。显然,随着UGS的增加,Ron减小,但UGS也不能太高,受栅极极限电压限制。
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