在SiC-MOSFET中,当向漏极施加负电压时,以源极为基准,体二极管处于正向偏置状态。绿色曲线表示Vgs=0V时的特性,即MOSFET处于关断状态,没有通道电流,因此该条件下的Vd-Id特性可以看作是体二极管的Vf-If特性。正如“何谓碳化硅”中提到的,SiC具有更宽的带隙,因此其体二极管的Vf比Si-MOSFET大得多。
功率MOS场效应晶体管,即MOSFET,其原意是:MOS(Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体),FET(Field Effect Transistor场效应晶体管),即以金属层(M)的栅极隔着氧化层(O)利用电场的效应来控制半导体(S)的场效应晶体管。
功率MOS场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),简称功率MOSFET(Power MOSFET)。结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管(Static Induction Transistor——SIT)。其特点是用栅极电压来控制漏极电流,驱动电路简单,需要的驱动功率小,开关速度快,工作频率高,热稳定性优于GTR,但其电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。
功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示;其导通时只有一种极性的载流子(多子)参与导电,是单极型晶体管。导电机理与小功率mos管相同,但结构上有较大区别,小功率MOS管是横向导电器件,功率MOSFET大都采用垂直导电结构,又称为VMOSFET(Vertical MOSFET),大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。功率MOSFET为多元集成结构,如国际整流器公司(International Rectifier)的HEXFET采用了六边形单元;西门子公司(Siemens)的SIPMOSFET采用了正方形单元;摩托罗拉公司(Motorola)的TMOS采用了矩形单元按“品”字形排列。
MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系,使用者无法降低Cin,但可降低驱动电路内阻Rs减小时间常数,加快开关速度,MOSFET只靠多子导电,不存在少子储存效应,因而关断过程非常迅速,开关时间在10—100ns之间,工作频率可达100kHz以上,是主要电力电子器件中高的。场控器件静态时几乎不需输入电流。但在开关过程中需对输入电容充放电,仍需一定的驱动功率。开关频率越高,所需要的驱动功率越大。
在硅基MOSFET中,GATE端子通常由特定的SiO2层绝缘。 导电通道的电荷载流子产生相反的电荷,在这种情况下,n通道为e型p型衬底,p通道为n型衬底“空穴”。 这将通过在GATE端子上施加电压在硅绝缘体边缘的半导体中感应到。 e-将进入和离开n +源极和漏极端子的通道,此通道为n通道金属氧化物半导体场效应晶体管。 在p型金属氧化物半导体场效应晶体管期间,这将是p +触点。