MOSFET是电气体系中的根本部件，工程师需求深化了解它的要害特性及目标才干做出正确挑选。跟着制作技能的开展和前进，体系规划人员有必要跟上技能的开展脚步，才干为其规划挑选最合适的电子器材。本文将评论怎么依据RDS(ON)、热功能、雪崩击穿电压及开关功能目标来挑选正确的MOSFET.
一种能够广泛运用在模仿电路与数字电路的场效晶体管(field-effect transistor)便是金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)。MOSFET在概念上归于“绝缘栅极场效晶体管”(Insulated-Gate Field Effect Transistor,IGFET)，而IGFET的栅极绝缘层有或许是其他物质而非MOSFET运用的氧化层.有些人在说到具有多晶硅栅极的场效晶体管元件时比较喜爱用IGFET,可是这些IGFET八成指的是MOSFET.
下图是典型平面N沟道增强型MOSFET的剖面图.它用一块P型硅半导体材料作衬底(图la)，在其面上扩散了两个N型区(图lb)，再在上面掩盖一层二氧化硅(SiO2)绝缘层(图1c)，终究在N区上方用腐蚀的办法做成两个孔，用金属化的办法分别在绝缘层上及两个孔内做成三个电极：G(栅极)、S(源极)及D(漏极)，如图1d所示。
图1、2、3:平面N沟道增强型MOSFET
从图1中能够看出栅极G与漏极D及源极S是绝缘的，D与S之间有两个PN结。一般状况下，衬底与源极在内部衔接在一起。
图3是N沟道增强型MOSFET的根本结构图。为了改进某些参数的特性，如进步作业电流、进步作业电压、下降导通电阻、进步开关特性等有不同的结构及工艺，构成所谓VMOS、DMOS、TMOS等结构。图2是一种N沟道增强型功率MOSFET的结构图。要使增强型N沟道MOSFET作业，要在G、S之间加正电压VGS及在D、S之间加正电压VDS,则发生正向作业电流ID.改动VGS的电压可操控作业电流ID见图3所示。
MOSFET有两大类型：N沟道和P沟道。在功率体系中，MOSFET可被当作电气开关。当在N沟道MOSFET的栅极和源极间加上正电压时，其开关导通。导通时，电流可经开关从漏极流向源极。漏极和源极之间存在一个内阻，称为导通电阻RDS(ON)。有必要清楚MOSFET的栅极是个高阻抗端，因而，总是要在栅极加上一个电压。假如栅极为悬空，器材将不能按规划目的作业，并或许在不恰当的时间导通或封闭，导致体系发生潜在的功率损耗。当源极和栅极间的电压为零时，开关封闭，而电流中止经过器材。尽管这时器材现已封闭，但仍然有细小电流存在，这称之为漏电流，即IDSS.
第一步：选用N沟道仍是P沟道
为规划挑选正确器材的第一步是决议选用N沟道仍是P沟道MOSFET.在典型的功率使用中，当一个MOSFET接地，而负载衔接到干线电压上时，该MOSFET就构成了低压侧开关。在低压侧开关中，应选用N沟道MOSFET,这是出于对封闭或导通器材所需电压的考虑。当MOSFET衔接到总线及负载接地时，就要用高压侧开关。一般会在这个拓扑中选用P沟道MOSFET,这也是出于对电压驱动的考虑。
要挑选合适使用的器材，有必要确认驱动器材所需的电压，以及在规划中最简易履行的办法。下一步是确认所需的额外电压，或许器材所能接受的最大电压。额外电压越大，器材的本钱就越高。依据实践经验，额外电压应当大于干线电压或总线电压。这样才干供给满足的维护，使MOSFET不会失效。就挑选MOSFET而言，有必要确认漏极至源极间或许接受的最大电压，即最大VDS.知道MOSFET能接受的最大电压会随温度而改变这点十分重要。规划人员有必要在整个作业温度规模内测验电压的改变规模。额外电压有必要有满足的余量掩盖这个改变规模，保证电路不会失效。规划工程师需求考虑的其他安全要素包含由开关电子设备(如电机或变压器)诱发的电压瞬变。不同使用的额外电压也有所不同;一般，便携式设备为20V、FPGA电源为20~30V、85~220VAC使用为450~600V.
第二步：决议开关功能
挑选MOSFET的第二步是决议MOSFET的开关功能。影响开关功能的参数有许多，但最重要的是栅极/漏极、栅极/ 源极及漏极/源极电容。这些%&&&&&%会在器材中发生开关损耗，由于在每次开关时都要对它们充电。MOSFET的开关速度因而被下降，器材功率也下降。为核算开关过程中器材的总损耗，规划人员有必要核算开经过程中的损耗(Eon)和封闭过程中的损耗(Eoff)。MOSFET开关的总功率可用如下方程表达：Psw=(Eon+Eoff)×开关频率。而栅极电荷(Qgd)对开关功能的影响最大。
依据开关功能的重要性，新的技能正在不断开发以处理这个开关问题。芯片尺度的添加会加大栅极电荷;而这会使器材尺度增大。为了削减开关损耗，新的技能如沟道厚底氧化现已应运而生，旨在削减栅极电荷。举例说，SuperFET这种新技能就可经过下降RDS(ON)和栅极电荷(Qg)，最大极限地削减传导损耗和进步开关功能。这样，MOSFET就能应对开关过程中的高速电压瞬变(dv/dt)和电流瞬变(di/dt)，乃至可在更高的开关频率下可靠地作业。
第三步：确认额外电流
第三步是挑选MOSFET的额外电流。视电路结构而定，该额外电流应是负载在所有状况下能够接受的最大电流。与电压的状况类似，规划人员有必要保证所选的MOSFET能接受这个额外电流，即便在体系发生尖峰电流时。两个考虑的电流状况是接连形式和脉冲尖峰。在接连导通形式下，MOSFET处于稳态，此刻电流接连经过器材。脉冲尖峰是指有很多电涌(或尖峰电流)流过器材。一旦确认了这些条件下的最大电流，只需直接挑选能接受这个最大电流的器材便可。
选好额外电流后，还有必要核算导通损耗。在实践状况下，MOSFET并不是抱负的器材，由于在导电过程中会有电能损耗，这称之为导通损耗。MOSFET在“导通”时就像一个可变电阻，由器材的RDS(ON)所确认，并随温度而明显改变。器材的功率耗费可由Iload2×RDS(ON)核算，由于导通电阻随温度改变，因而功率耗费也会随之按份额改变。对MOSFET施加的电压VGS越高，RDS(ON)就会越小;反之RDS(ON)就会越高。对体系规划人员来说，这便是取决于体系电压而需求折中权衡的当地。对便携式规划来说，选用较低的电压比较简略(较为遍及)，而关于工业规划，可选用较高的电压。留意RDS(ON)电阻会跟着电流细微上升。关于RDS(ON)电阻的各种电气参数改变可在制作商供给的技能材料表中查到。
技能对器材的特性有着严重影响，由于有些技能在进步最大VDS时往往会使RDS(ON)增大。关于这样的技能，假如计划下降VDS和RDS(ON)，那么就得添加晶片尺度，然后添加与之配套的封装尺度及相关的开发本钱。业界现有好几种企图操控晶片尺度添加的技能，其间最主要的是沟道和电荷平衡技能。
在沟道技能中，晶片中嵌入了一个深沟，一般是为低电压预留的，用于下降导通电阻RDS(ON)。为了削减最大VDS对RDS(ON)的影响，开发过程中选用了外延成长柱/蚀刻柱工艺。例如，飞兆半导体开发了称为SuperFET的技能，针对RDS(ON)的下降而添加了额外的制作过程。这种对RDS(ON)的重视十分重要，由于当规范MOSFET的击穿电压升高时，RDS(ON)会随之呈指数级添加，并且导致晶片尺度增大。SuperFET工艺将RDS(ON)与晶片尺度间的指数联系变成了线性联系。这样，SuperFET器材便可在小晶片尺度，乃至在击穿电压到达600V的状况下，实现抱负的低RDS(ON)。成果是晶片尺度可减小达35%.而关于终究用户来说，这意味着封装尺度的大幅减小。
第四步：确认热要求
挑选MOSFET的终究一步是核算体系的散热要求。规划人员有必要考虑两种不同的状况，即最坏状况和真实状况。主张选用针对最坏状况的核算成果，由于这个成果供给更大的安全余量，能保证体系不会失效。在MOSFET的材料表上还有一些需求留意的丈量数据;比方封装器材的半导体结与环境之间的热阻，以及最大的结温。
器材的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积(结温=最大环境温度+[热阻×功率耗散])。依据这个方程可解出体系的最大功率耗散，即按界说相等于I2×RDS(ON)。由于规划人员已确认即将经过器材的最大电流，因而能够核算出不同温度下的RDS(ON)。值得留意的是，在处理简略热模型时，规划人员还有必要考虑半导体结/器材外壳及外壳/环境的热容量;即要求印刷电路板和封装不会当即升温。
雪崩击穿是指半导体器材上的反向电压超越最大值，并构成强电场使器材内电流添加。该电流将耗散功率，使器材的温度升高，并且有或许损坏器材。半导体公司都会对器材进行雪崩测验，核算其雪崩电压，或对器材的稳健性进行测验。核算额外雪崩电压有两种办法;一是统计法，另一是热核算。而热核算由于较为有用而得到广泛选用。
不少公司都有供给其器材测验的概况，如飞兆半导体供给了“Power MOSFET Avalanche Guidelines”( Power MOSFET Avalanche Guidelines–能够到Fairchild网站去下载)。除核算外，技能对雪崩效应也有很大影响。例如，晶片尺度的添加会进步抗雪崩才能，终究进步器材的稳健性。对终究用户而言，这意味着要在体系中选用更大的封装件。
综上所述，经过以上对MO
