正向截止状态和雪崩击穿状态

稳定的开关状态是：

正向截止状态和雪崩击穿状态当集电极-发射极的电压VDS 为正，且栅极-源极电压VGS 小于栅极-源极的开启电压VGS(th)时，在漏极和源极之间仅有一个很小的漏极-源极残余电流IDSS。这个残余电流IDSS 随着电压VDS 的上升在开始阶段仅略微增加，当VDS 大于某一特定的最高许可的漏极-源极电压VDSS 时，MOSFET 的pin 结（p+区/ n-漂移区/n+外延生长区）就会出现雪崩效应（击穿电压V(BR)DSS）。从物理的角度来解释，击穿电压V(BR)DSS 对应了MOSFET 结构中npn 寄生双极晶体管的击穿电压VCER。寄生双极晶体管是由n+源区(发射极)/p+区 (基极)/n-漂移区/n+外延生长层-漏区(集电极)构成的。

在雪崩现象时，由集电极-基极二极管产生的放大电流可以通过开通的双极晶体管，造成MOSFET 的损坏。基极和发射极因为金属化发射极几乎被短路，它们之间只有p+区一个横向的电阻。通过各种设计措施，例如，减小MOSFET 的尺寸，均质单元阵列，低阻抗的p 区，优化的边缘结构，采用高水平的单晶等，可以实现MOSFET 的每个单元的穿透电流很小，它既满足了材料的要求，又不会使双极晶体管开通。在数据文件中，对这种抗雪崩的MOSFET 芯片，给出了单脉冲或者连续周期的雪崩能量EA（通过芯片的最高可靠工作温度来限制）。

当几个并联的MOSFET 在功率模块中，绝对的均衡是无法保证的，它只能对单一芯片工作时，保证在EA能可靠工作。

导通状态 (第1 象限)

在漏极-源极电压VDS 为正，并漏极电流ID 也为正时，此时特性曲线包含两个部分：-主动工作区当栅极-源极电压VGS 略大于门限电压VGS(th)时，由于沟道电流的饱和效应，沟道会出现一个相对较高的电压（特性曲线的水平线）。此时漏极电流ID 会受到电压VGS 的控制。

我们用正向转移率gfs 来描述图2.4.5b）所示的转移特性。它的定义是：

gfs = ID / VGS = ID / (VGS –VGS(th))

转移特性在线性放大区域内的转移率随漏极电流ID 和漏极-源极的电压VDS 增加而增加，并随着芯片的温度上升而减少。在由多个并联MOSFET 芯片构成的功率模块中，这一区域只是在开关过程中被经过。模块是不会稳定工作在这个区域的，因为电压VGS(th)会随着温度的上升而下降，这样，芯片间的很微小的差异就能造成温度失衡。

-欧姆曲线区

在开关的导通状态对应着欧姆曲线区（特性曲线很陡上升部分），这时电流ID 只是由外部电路所决定。导通特性是通过开通电阻RDS(on)，既漏极-源极的电压差VDS 同漏极电流ID 的比值，来确定的。开通电阻RDS(on)同栅极-源极电压VGS 和芯片的温度有关系，当MOSFET 的工作温度在25°C 到 125°C 之间，它的开通电阻RDS(on)会增加一倍。

反向特性（第3 象限）

MOSFET 的反向运行特性是指VGS < VGS(th) 时，表现出一个类似二极管的特性曲线（见图2.4.17）。它的特性是由在MOSFET 结构中，在源极和漏极pn 结形成的寄生二极管造成的（逆向二极管）。这样MOSFET 就成为一个双向电流的元器件，当反向时由二极管确定MOSFET 的反向导通特性。

这个双极性反向二极管可以运行到由MOSFET 所给定极限值。在实际应用中，这个二极管会：

- 导致较大的通态损耗，这个损耗同MOSFET 的损耗一起必须被热散发出去。

- 较差的关断特性和较低的dv/dt 极限值。这就限制了它作为硬性开关的应用范围。

如图2.4.8 所示，只要栅极-源极大于开启电压，MOSFET 的沟道也能在漏极-源极电压为负值时，被控制到导通状态。

如果漏极-源极电压，例如，通过并联一个肖特基二极管，被保持在反向二极管的开启电压以下，则漏极-源极之间的反向电流为单极性的电子流（多数载流子）。它的关断特性相似MOSFET 的特性，反向电流同电压-VDS 和 VGS 有关（图 2.4.18b）。在图2.4.18c 中，当沟道受到导通的双极式反向二极管（漏极-源极电压高压门限电压）控制时，则会出现组合电流运行情况。与简单并联一个二极管的MOSFET 相比，因为被注入的载流子还可以横向扩散，从而使得MOSFET 的导电能力增加，导致了MOSFET 的通态压降降低。这个特性使MOSFET 在低压电力系统被用到，比如用MOSFET 制造的同步直流整流器来代替二极管直流整流器。当MOSFET 在作为输出电压小于15V 的开关部件，在反向二极管导通时，它的通态压降只有几十毫安伏，而相比传统的二极管整流器的几百毫安伏，极大的提高了效率。

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