| 我們都懂得如何利用二極體來實現開關，但是，我們只能對其進行開關操作，而不能逐漸控制信號流。此外，二極體作為開關取決於信號流的方向；我們不能對其編程以通過或屏蔽一個信號。對於諸如“流控制”或可編程開關之類的應用，我們需要一種三端器件和雙極型三極體。我們都聽說過Bardeen & Brattain,是他們偶然之間發明了三極體，就像許多其它偉大的發現一樣。
他們為什麼要發明功率MOSFET?
當把雙極型三極體按照比例提高到功率應用的時候，它顯露出一些惱人的局限性。確實，你仍然可以在洗衣機、空調機和電冰箱中找到它們的蹤影，但是，對我們這些能夠忍受一定程度的家用電器低效能的一般消費者來說，這些應用都是低功率應用。在一些UPS、電機控制或焊接機器人中仍然採用雙極型三極體，但是，它們的用途實際上被限制到小於10KHz的應用，並且在整體效率成為關鍵參數的技術前沿應用中，它們正加速退出。
但是，這意味著當我們想要三極體打開的時候，在基極中存在複合因子低的大量少數載流子，開關在閉合之前要對它們進行處理，換言之，與所有少數載流子器件相關的存儲電荷問題限制了最大工作速度。FET的主要優勢目前帶來了一線曙光：作為多數載流子器件，不存在已存儲的少數電荷問題，因此，其工作頻率要高得多。MOSFET的開關延遲特性完全是因為寄生電容的充電和放電。
人們可能會說：在高頻應用中需要開關速度快的MOSFET,但是，在我的速度相對較低的電路中，為什麼要採用這種器件？答案是直截了當的：改善效率。該器件在開關狀態的持續時間間隔期間，既具有大電流，又具有高電壓；由於器件的工作速度更快，所以，所損耗的能量就較少。在許多應用中，僅僅這個優勢就足以補償較高電壓MOSFET存在的導通損耗稍高的問題，例如，如果不用它的話，頻率為150KHz以上的開關模式電源（SMPS）根本就無法實現。
使事情更糟糕的是：這種缺點在工作溫度更高的情況下會加重。另外一個結果是需要能夠快速泵出和吸收電流的相當複雜的基極驅動電路。相比之下，（MOS）FET這種器件在柵極實際上消耗的電流為零；甚至在125°C的典型柵極電流都小於100nA.一旦寄生電容被充電，由驅動電路提供的泄漏電流就非常低。此外，用電壓驅動比用電流驅動的電路簡單，這正是（MOS）FET為什麼對設計工程師如此有吸引力的另外一個原因。
另一方面，其主要優點是不存在二次損壞機制。如果嘗試用雙極型三極體來阻塞大量的功率，在任何半導體結構中的不可避免的本地缺陷將扮演聚集電流的作用，結果將局部加熱矽片。因為電阻的溫度係數是負的，本地缺陷將起到低阻電流路徑的作用，導致流入它的電流更多，自身發熱越來越多，最終出現不可逆轉的破壞。相比之下，MOSFET具有正的電阻熱係數。
另一方面，隨著溫度的升高，RDS（on）增加的劣勢可以被感察覺到，由於載子移動性在25°C和125°C之間降低，這個重要的參數大概要翻番。再一方面，這同一個現象帶來了巨大的優勢：任何試圖像上述那樣發生作用的缺陷實際上都會從它分流-我們將看到的是“冷卻點”而不是對雙極器件的“熱點”特性！這種自冷卻機制的同等重要的結果是便於並聯MOSFET以提升某種器件的電流性能。
要注意MOSFET,除了設計保險的對稱電路和平衡柵極之外，它們不需要其它措施就可以被並聯起來，所以，它們同等地打開，讓所有的三極體中流過相同大小的電流。此外，好處還在於如果柵極沒有獲得平衡，並且溝道打開的程度不同，這仍然會導致穩態條件下存在一定的漏極電流，並且比其它的要稍大。
對設計工程師有吸引力的一個有用功能是MOSFET具有獨特的結構：在源極和漏極之間存在“寄生”體二極體。儘管它沒有對快速開關或低導通損耗進行最優化，在電感負載開關應用中，它不需要增加額外的成本就起到了箝位二極體的作用。
MOSFET結構
JFET的基本想法（圖1）是通過調節（夾斷）漏-源溝道之間的截面積來控制流過從源極到漏極的電流。利用反相偏置的結作為柵極可以實現這一點；其（反相）電壓調節耗盡區，結果夾斷溝道，並通過減少其截面積來提高它的電阻。由於柵極沒有施加電壓，溝道的電阻數值最低，並且流過器件的漏極電流最大。隨著柵極電壓的增加，兩個耗盡區的開頭前進，通過提高溝道電阻還低了漏極電流，直到兩個耗盡區的開頭相遇時才會出現總的夾斷。 |
