Part 01

前言

與三極管等其他的有源器件相比，MOSFET的不同尋常之處在于其原理圖符號(hào)會(huì)包含一個(gè)寄生器件——體二極管。那么是不是所有的MOSFET都會(huì)有體二極管嗎？這個(gè)體二極管它有什么作用呢？

Part 02

所有的MOSFET都會(huì)有體二極管嗎？

自從1960年MOSFET在貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生之后，MOSFET以來經(jīng)歷了多次工藝革新，從基本結(jié)構(gòu)到材料、工藝技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。下面的表格總結(jié)了MOSFET從誕生以后的關(guān)鍵工藝革新：

那么MOSFET經(jīng)歷了這么多代的工藝技術(shù)革新，有沒有哪一代工藝消除掉了MOSFET的體二極管呢？我查閱了一下資料發(fā)現(xiàn)MOSFET的體二極管是其基本結(jié)構(gòu)中固有的，可能某些工藝或器件設(shè)計(jì)通過優(yōu)化或替代手段弱化或消除體二極管的影響。大多數(shù)MOSFET工藝并未完全消除體二極管，而是優(yōu)化其特性或通過外部手段替代體二極管功能。 嚴(yán)格意義上，只有GaN HEMT完全沒有傳統(tǒng)的體二極管結(jié)構(gòu)，而同步整流MOSFET通過控制策略實(shí)現(xiàn)了功能上的體二極管替代。其他技術(shù)（如溝槽型、超結(jié)、SiC MOSFET）雖未完全消除體二極管，但優(yōu)化了其性能。

總的來說，GaN HEMT是目前真正不包含傳統(tǒng)體二極管的技術(shù)，而其他MOSFET工藝通常保留體二極管，只不過體二極管的性能經(jīng)過優(yōu)化，比如反向恢復(fù)時(shí)間更短，導(dǎo)通損耗減少，耐壓更高而已。

我們可能會(huì)在某些文章中看到一句話，體二極管只在單個(gè)的MOS管中存在，在集成電路芯片內(nèi)部通常是沒有的。這句話對(duì)嗎？ 個(gè)人覺得不完全正確，在單個(gè)分立MOSFET器件中，體二極管通常是固有存在的，這是由于大部分的MOSFET內(nèi)部的PN結(jié)結(jié)構(gòu)決定的。它形成在源極與漏極之間，由于器件物理結(jié)構(gòu)所致，無法避免。 但是在集成電路芯片中，體二極管的存在與否取決于具體的工藝設(shè)計(jì)，以CMOS集成電路為例，在標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝中，每個(gè)MOSFET仍然有其體區(qū)（P型或N型），通常連到芯片的電源或接地，從而可能形成體二極管。然而，為了避免體二極管影響電路性能，設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)：將襯底與源極連接，使體二極管在正常工作條件下不會(huì)導(dǎo)通。使用特殊的布局或隔離技術(shù)（如阱隔離或絕緣體上硅（SOI）技術(shù)）來避免或最小化體二極管的影響。

所以體二極管雖然存在，但在正常工作條件下不會(huì)導(dǎo)通了。當(dāng)然在某些集成電路中通過絕緣體上硅（SOI）技術(shù)確實(shí)可以消除體二極管，這也只是僅限于集成芯片中。

目前我們電路設(shè)計(jì)應(yīng)用比較多的采用溝槽型工藝的功率MOSFET還是存在體二極管的。

Part 03

MOSFET的體二極管有什么用？

1. 防反接 比如兩個(gè)MOSFET背靠背的防反接拓?fù)洌?/p>

2. 反向電流路徑

體二極管提供了一個(gè)天然的反向電流路徑，在某些雙向開關(guān)電路中非常有用。

例如，在H橋逆變器或同步整流器中，體二極管允許電流在MOSFET關(guān)閉時(shí)通過反向?qū)?，從而?shí)現(xiàn)電流的雙向流動(dòng)。

需要注意的是體二極管具有較高的正向壓降一般在0.7V到1.5V之間，反向?qū)〞?huì)產(chǎn)生較大的功耗問題。常規(guī)MOSFET的體二極管的反向恢復(fù)速度較慢，在高頻開關(guān)電路中容易引發(fā)開關(guān)損耗，導(dǎo)致電源效率下降和電磁干擾（EMI）增加。