跳转到内容

功率MOSFET：修订间差异

维基百科，自由的百科全书
以互动方式浏览历史
←上一版本下一版本→
删除的内容 添加的内容
可视化wikitext
翻譯外文連結
第6行： 第6行：
MOSFET及[[互補式金屬氧化物半導體]]（CMOS）技術持續的演進，自1960年起已用在[[集成电路]]上，這也是功率MOSFET的設計得以實現的原因。功率MOSFET和一般信號級的MOSFET原理相同。功率MOSFET常用在[[电力电子学]]，是源自信號級的MOSFET，自1970年代開始有商品販售<ref>{{Cite book |last1=Irwin |first1=J. David |title=The Industrial Electronics Handbook |date=1997 |publisher=CRC Press |isbn=9780849383434 |page=218 |url=https://books.google.com/books?id=s0k9kGs5bHYC&pg=PA218}}</ref>。
MOSFET及[[互補式金屬氧化物半導體]]（CMOS）技術持續的演進，自1960年起已用在[[集成电路]]上，這也是功率MOSFET的設計得以實現的原因。功率MOSFET和一般信號級的MOSFET原理相同。功率MOSFET常用在[[电力电子学]]，是源自信號級的MOSFET，自1970年代開始有商品販售<ref>{{Cite book |last1=Irwin |first1=J. David |title=The Industrial Electronics Handbook |date=1997 |publisher=CRC Press |isbn=9780849383434 |page=218 |url=https://books.google.com/books?id=s0k9kGs5bHYC&pg=PA218}}</ref>。


功率MOSFET是最常見的{{le|功率半導體|power semiconductor device}}，原因是因為其閘極驅動需要的功率小、以及快速的切換速度<ref name="aosmd">{{Cite web |title=Power MOSFET Basics |url=http://www.aosmd.com/res/application_notes/mosfets/Power_MOSFET_Basics.pdf |website=Alpha & Omega Semiconductor |access-date=29 July 2019}}</ref>、容易實施的並聯技術<ref name="aosmd" /><ref name="Duncan178">{{Cite book |last1=Duncan |first1=Ben |title=High Performance Audio Power Amplifiers |date=1996 |publisher=Elsevier |isbn=9780080508047 |pages=[https://archive.org/details/highperfomanceau0000dunc/page/178 178–81] |url=https://archive.org/details/highperfomanceau0000dunc/page/178 }}</ref>、高頻寬、堅固性、偏壓簡單、容易使用、也容易維修<ref name="Duncan178" />。在低壓（200V以下）的應用中，功率MOSFET是最常見的功率半導體。功率MOSFET可以用在許多不同的領域中，包括大部份的[[電源供應]]、[[直流-直流轉換器]]、低壓[[电机控制器]]等<!--and [[#many other applications]]-->。
功率MOSFET是最常見的{{le|功率半導體|power semiconductor device}}，原因是因為其閘極驅動需要的功率小、以及快速的切換速度<ref name="aosmd">{{Cite web |title=Power MOSFET Basics |url=http://www.aosmd.com/res/application_notes/mosfets/Power_MOSFET_Basics.pdf |website=Alpha & Omega Semiconductor |access-date=29 July 2019}}</ref>、容易實施的並聯技術<ref name="aosmd" /><ref name="Duncan178">{{Cite book |last1=Duncan |first1=Ben |title=High Performance Audio Power Amplifiers |date=1996 |publisher=Elsevier |isbn=9780080508047 |pages=[https://archive.org/details/highperfomanceau0000dunc/page/178 178–81] |url=https://archive.org/details/highperfomanceau0000dunc/page/178 }}</ref>、高頻寬、堅固性、偏壓簡單、容易使用、也容易維修<ref name="Duncan178" />。在低壓（200V以下）的應用中，功率MOSFET是最常見的功率半導體。功率MOSFET可以用在許多不同的領域中，包括大部份的[[電源供應]]、[[直流-直流轉換器]]、低電壓[[电机控制器]]等<!--and [[#many other applications]]-->。
==歷史==
{{See also|MOSFET|横向扩散金属氧化物半导体|IGBT}}
[[金屬氧化物半導體場效電晶體]]是[[贝尔实验室]]的{{le|Mohamed M. Atalla|Mohamed M. Atalla|Mohamed Atalla}}和{{le|Dawon Kahng|Dawon Kahng}}在1959年發明的，是[[电力电子学]]的一大突破。MOSFET一代一代的推進，讓電力電子的設計者可以達到雙極性電晶體無法達到的性能以及功率密度<ref>{{Cite news |title=Rethink Power Density with GaN |url=https://www.electronicdesign.com/power/rethink-power-density-gan |access-date=23 July 2019 |work=Electronic Design |date=21 April 2017}}</ref>。


[[日立製作所]]在1969年發明了第一個垂直式的功率MOSFET<ref>{{Cite book |last1=Oxner |first1=E. S. |title=Fet Technology and Application |date=1988 |publisher=CRC Press |isbn=9780824780500 |page=18 |url=https://books.google.com/books?id=0AE-0e-sAnsC&pg=PA18}}</ref>，之後稱為{{le|VMOS|VMOS}}（V 型槽MOSFET）<ref name="powerelectronics">{{Cite journal |title=Advances in Discrete Semiconductors March On |url=https://www.powerelectronics.com/content/advances-discrete-semiconductors-march |journal=Power Electronics Technology |publisher=Informa |pages=52–6 |access-date=31 July 2019 |date=September 2005 |archive-url=https://web.archive.org/web/20060322222716/http://powerelectronics.com/mag/509PET26.pdf |archive-date=22 March 2006 |url-status=live}}</ref>。日本{{le|産業技術綜合研究所|National Institute of Advanced Industrial Science and Technology}}的Y. Tarui, Y. Hayashi和Toshihiro Sekigawa首次提出有{{le|自對準閘極|self-aligned gate}}的雙擴散MOSFET（DMOS）<ref>{{Cite journal |last1=Tarui |first1=Y. |last2=Hayashi |first2=Y. |last3=Sekigawa |first3=Toshihiro |title=Diffusion Self-Aligned MOST; A New Approach for High Speed Device |journal=Proceedings of the 1st Conference on Solid State Devices |date=September 1969 |doi=10.7567/SSDM.1969.4-1 |url=https://www.semanticscholar.org/paper/Diffusion-Selfaligned-MOST%3B-A-New-Approach-for-High-Tarui-Hayashi/c4ad0fa7b03e080cc027545f7152caa28633fa9a}}</ref><ref>{{Cite journal |last1=McLintock |first1=G. A. |last2=Thomas |first2=R. E. |title=Modelling of the double-diffused MOST's with self-aligned gates |journal=1972 International Electron Devices Meeting |date=December 1972 |pages=24–26 |doi=10.1109/IEDM.1972.249241}}</ref>。1974年時，日本[[东北大学 (日本)|东北大学]]的[[西澤潤一]]發明了用在音頻上的功率MOSFET，很就由[[山葉公司]]生產，用在[[高保真]]{{le|音頻功率擴大器|Audio power amplifier}}。[[JVC]]、[[先鋒 (公司)|Pioneer]]、[[索尼]]及[[东芝]]也開始在1974年開始生產有功率MOSFET的[[放大器電路|放大器]]<ref name="Duncan177">{{cite book |last1=Duncan |first1=Ben |title=High Performance Audio Power Amplifiers |date=1996 |publisher=Elsevier |isbn=9780080508047 |pages=[https://archive.org/details/highperfomanceau0000dunc/page/177 177–8, 406] |url=https://archive.org/details/highperfomanceau0000dunc/page/177 }}</ref>。Siliconix在1975年開始販售VMOS<ref name="powerelectronics" />。

VMOS和DMOS發展成當時所謂的VDMOS（垂直型DMOS）<ref name="Duncan177" />。[[惠普實驗室]]{{le|John L. Moll|John L. Moll|John Moll}}的研突團隊在1977年製作了DMOS的原型，展示DMOS比VMOS優越的特性，包括低導通阻抗以及高崩潰電壓<ref name="powerelectronics" />。日立在同一年開發了[[横向扩散金属氧化物半导体]]（橫向DMOS），屬於平面型的DMOS。日立是1977年至1983年之間，唯一的LDMOS製造商，當時的LDMOS是由像{{le|HH Electronics|HH Electronics}}和{{le|Ashly Audio|Ashly Audio}}用在音頻功率擴大器中，也用在音樂以及{{le|公共廣播系統|public address system}}中<ref name="Duncan177" />。當[[2G]]數位[[蜂窝网络]]在1995年開始使用時，LDMOS廣為使用在2G、[[3G]]等無線網路的{{le|無線電功率擴大器|RF power amplifier}}中<ref name="Baliga2005">{{cite book|url=https://books.google.com/books?id=StJpDQAAQBAJ|title=Silicon RF Power MOSFETS|last1=Baliga|first1=B. Jayant|date=2005|publisher=World Scientific|isbn=9789812561213|author1-link=B. Jayant Baliga}}</ref>，後來也用在[[4G]]網路中<ref name="Asif">{{Cite book |last1=Asif |first1=Saad |title=5G Mobile Communications: Concepts and Technologies |date=2018 |publisher=<!-- 沒有連結 -->[[CRC Press]] |isbn=9780429881343 |page=134 |url=https://books.google.com/books?id=yg1mDwAAQBAJ&pg=PT134}}</ref>。

{{le|Alex Lidow|Alex Lidow}}1977年在[[史丹佛大學]]和Tom Herman共同發明了HexFET，六邊形的功率MOSFET<ref>{{Cite web |title=SEMI Award for North America |url=http://www.semi.org/en/semi-award-north-america-1 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160805003338/http://www.semi.org/en/semi-award-north-america-1 |url-status=dead |archive-date=5 August 2016 |publisher=SEMI |access-date=5 August 2016}}</ref><ref name="businesswire">{{Cite news |title=International Rectifier's Alex Lidow and Tom Herman Inducted Into Engineering Hall of Fame |url=https://www.businesswire.com/news/home/20040914005158/en/International-Rectifiers-Alex-Lidow-Tom-Herman-Inducted |access-date=31 July 2019 |work=Business Wire |date=14 September 2004}}</ref>。{{le|International Rectifier|International Rectifier}}在1978年開始販售HexFET<ref name="powerelectronics" /><ref name="businesswire" />。[[絕緣柵雙極晶體管]]（IGBT）結合了功率MOSFET以及[[雙極性電晶體]]（BJT）的特點，是由[[通用电气]]的[[B·賈揚特·巴利加]]在1977年至1979年所發明的<ref name="Baliga2015">{{Cite book |last1=Baliga |first1=B. Jayant |title=The IGBT Device: Physics, Design and Applications of the Insulated Gate Bipolar Transistor |date=2015 |publisher=William Andrew |isbn=9781455731534 |pages=xxviii, 5–11 |url=https://books.google.com/books?id=f091AgAAQBAJ}}</ref>。

超接合面（Super Junction）MOSFET是用P+ columns穿透N-[[外延 (晶体)|外延]]層的MOSFET。將P層和N層疊層的概令念最早是由[[大阪大学]]的Shozo Shirota和Shigeo Kaneda在1978年提出<ref name="st">{{Cite news |title=MDmesh: 20 Years of Superjunction STPOWER MOSFETs, A Story About Innovation |url=https://blog.st.com/mdmesh-anniversary/ |access-date=2 November 2019 |work=STMicroelectronics |date=11 September 2019}}</ref>。飛利浦的David J. Coe發明了超接合面的MOSFET，作法是將p型及n型的層對調，並且因此在1984年申請了美國專利，在1988年通過<ref>[https://patents.google.com/patent/US4754310A/en US Patent 4,754,310]</ref>。
== 相關條目 ==
== 相關條目 ==
* [[IGBT]]
* [[IGBT]]

2020年9月23日 (三) 15:09的版本

二個SMT，TO-263（英语：TO-263）包裝的功率MOSFET。若在有適當散熱情形下，其截止電壓是120伏特，連續運作電流為30安培
IRLZ24N 功率MOSFET，是通孔插装技术的TO-220（英语：TO-220）AB包裝。從左到右的針腳為：閘極（邏輯電位）、汲極、源極。最上方的金屬片和也是drain極，和第2腳短路[1]

功率MOSFET是專門處理大功率的電壓和電流的金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET），也是功率半導體（英语：power semiconductor device）的一種。和其他功率半導體（例如絕緣柵雙極晶體管或晶閘管）比較，功率MOSFET的優點是其切換速度快，在低電壓下的高效率。功率MOSFET和IGBT都有隔離的閘體，因此在驅動上比較容易。功率MOSFE的缺點是增益較小，有時閘極驅動的電壓甚至比實際要控制的電壓還低。

MOSFET及互補式金屬氧化物半導體（CMOS）技術持續的演進，自1960年起已用在集成电路上，這也是功率MOSFET的設計得以實現的原因。功率MOSFET和一般信號級的MOSFET原理相同。功率MOSFET常用在电力电子学，是源自信號級的MOSFET，自1970年代開始有商品販售[2]。

功率MOSFET是最常見的功率半導體（英语：power semiconductor device），原因是因為其閘極驅動需要的功率小、以及快速的切換速度[3]、容易實施的並聯技術[3][4]、高頻寬、堅固性、偏壓簡單、容易使用、也容易維修[4]。在低壓（200V以下）的應用中，功率MOSFET是最常見的功率半導體。功率MOSFET可以用在許多不同的領域中，包括大部份的電源供應、直流-直流轉換器、低電壓电机控制器等。

歷史

参见：MOSFET、横向扩散金属氧化物半导体和IGBT

金屬氧化物半導體場效電晶體是贝尔实验室的Mohamed Atalla（英语：Mohamed M. Atalla）和Dawon Kahng（英语：Dawon Kahng）在1959年發明的，是电力电子学的一大突破。MOSFET一代一代的推進，讓電力電子的設計者可以達到雙極性電晶體無法達到的性能以及功率密度[5]。

日立製作所在1969年發明了第一個垂直式的功率MOSFET[6]，之後稱為VMOS（V 型槽MOSFET）[7]。日本産業技術綜合研究所（英语：National Institute of Advanced Industrial Science and Technology）的Y. Tarui, Y. Hayashi和Toshihiro Sekigawa首次提出有自對準閘極（英语：self-aligned gate）的雙擴散MOSFET（DMOS）[8][9]。1974年時，日本东北大学的西澤潤一發明了用在音頻上的功率MOSFET，很就由山葉公司生產，用在高保真音頻功率擴大器（英语：Audio power amplifier）。JVC、Pioneer、索尼及东芝也開始在1974年開始生產有功率MOSFET的放大器[10]。Siliconix在1975年開始販售VMOS[7]。

VMOS和DMOS發展成當時所謂的VDMOS（垂直型DMOS）[10]。惠普實驗室John Moll（英语：John L. Moll）的研突團隊在1977年製作了DMOS的原型，展示DMOS比VMOS優越的特性，包括低導通阻抗以及高崩潰電壓[7]。日立在同一年開發了横向扩散金属氧化物半导体（橫向DMOS），屬於平面型的DMOS。日立是1977年至1983年之間，唯一的LDMOS製造商，當時的LDMOS是由像HH Electronics（英语：HH Electronics）和Ashly Audio（英语：Ashly Audio）用在音頻功率擴大器中，也用在音樂以及公共廣播系統（英语：public address system）中[10]。當2G數位蜂窝网络在1995年開始使用時，LDMOS廣為使用在2G、3G等無線網路的無線電功率擴大器（英语：RF power amplifier）中[11]，後來也用在4G網路中[12]。

Alex Lidow（英语：Alex Lidow）1977年在史丹佛大學和Tom Herman共同發明了HexFET，六邊形的功率MOSFET[13][14]。International Rectifier（英语：International Rectifier）在1978年開始販售HexFET[7][14]。絕緣柵雙極晶體管（IGBT）結合了功率MOSFET以及雙極性電晶體（BJT）的特點，是由通用电气的B·賈揚特·巴利加在1977年至1979年所發明的[15]。

超接合面（Super Junction）MOSFET是用P+ columns穿透N-外延層的MOSFET。將P層和N層疊層的概令念最早是由大阪大学的Shozo Shirota和Shigeo Kaneda在1978年提出[16]。飛利浦的David J. Coe發明了超接合面的MOSFET，作法是將p型及n型的層對調，並且因此在1984年申請了美國專利，在1988年通過[17]。

相關條目

相關條目

  1. ^ IRLZ24N, 55V N-Channel Power MOSFET, TO-220AB package; Infineon.
  2. ^ Irwin, J. David. The Industrial Electronics Handbook. CRC Press. 1997: 218. ISBN 9780849383434. 
  3. ^ 3.0 3.1 Power MOSFET Basics (PDF). Alpha & Omega Semiconductor. [29 July 2019]. 
  4. ^ 4.0 4.1 Duncan, Ben. High Performance Audio Power Amplifiers. Elsevier. 1996: 178–81. ISBN 9780080508047. 
  5. ^ Rethink Power Density with GaN. Electronic Design. 21 April 2017 [23 July 2019]. 
  6. ^ Oxner, E. S. Fet Technology and Application. CRC Press. 1988: 18. ISBN 9780824780500. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 Advances in Discrete Semiconductors March On. Power Electronics Technology (Informa). September 2005: 52–6 [31 July 2019]. （原始内容存档 (PDF)于22 March 2006）. 
  8. ^ Tarui, Y.; Hayashi, Y.; Sekigawa, Toshihiro. Diffusion Self-Aligned MOST; A New Approach for High Speed Device. Proceedings of the 1st Conference on Solid State Devices. September 1969. doi:10.7567/SSDM.1969.4-1. 
  9. ^ McLintock, G. A.; Thomas, R. E. Modelling of the double-diffused MOST's with self-aligned gates. 1972 International Electron Devices Meeting. December 1972: 24–26. doi:10.1109/IEDM.1972.249241. 
  10. ^ 10.0 10.1 10.2 Duncan, Ben. High Performance Audio Power Amplifiers. Elsevier. 1996: 177–8, 406. ISBN 9780080508047. 
  11. ^ Baliga, B. Jayant. Silicon RF Power MOSFETS. World Scientific. 2005. ISBN 9789812561213. 
  12. ^ Asif, Saad. 5G Mobile Communications: Concepts and Technologies. CRC Press. 2018: 134. ISBN 9780429881343. 
  13. ^ SEMI Award for North America. SEMI. [5 August 2016]. （原始内容存档于5 August 2016）. 
  14. ^ 14.0 14.1 International Rectifier's Alex Lidow and Tom Herman Inducted Into Engineering Hall of Fame. Business Wire. 14 September 2004 [31 July 2019]. 
  15. ^ Baliga, B. Jayant. The IGBT Device: Physics, Design and Applications of the Insulated Gate Bipolar Transistor. William Andrew. 2015: xxviii, 5–11. ISBN 9781455731534. 
  16. ^ MDmesh: 20 Years of Superjunction STPOWER MOSFETs, A Story About Innovation. STMicroelectronics. 11 September 2019 [2 November 2019]. 
  17. ^ US Patent 4,754,310

延伸閱讀

  • "Power Semiconductor Devices", B. Jayant Baliga, PWS publishing Company, Boston. ISBN 0-534-94098-6
检索自“https://zh.wikipedia.org/zhwiki/w/index.php?title=功率MOSFET&oldid=61904070”