POWER MOSFET(POWER METAL OXIDE SEMICONDUCTOR FIELD EFFECT TRANSISTOR：大功率金屬氧化物半導體場(chǎng)效晶體管)已成為大功率組件(POWER DEVICE)的主流，在市場(chǎng)上居于主導地位。以計算機為首之電子裝置對輕薄短小化以及高機能化的要求帶動(dòng)POWER MOSFET的發(fā)展，此一趨勢方興未艾，技術(shù)之進(jìn)步永無(wú)止境。在龐大計算機市場(chǎng)支撐之下，IC 開(kāi)發(fā)技術(shù)人員在「大功率組件采用單晶IC(MONOLITHIC)技術(shù)」方面促成了MOS系大功率組件的突破。尤其是低耐壓大功率 MOSFET，隨者其母體“MOS  IC”之集積度的提高而性能大增（雙極晶體管﹝BIPOLAR TRANSISTOR﹞無(wú)法達到）。大功率MOSFET的動(dòng)作原理十分容易了解，適合于驅動(dòng)電路及保護電路等制成IC。

    大功率組件（POWER DEVICE）不可避免地會(huì )發(fā)熱，在此情況下，POWER MOSFET的MOS（METAL OXIDE SEMICONDUCTOR）系閘極（GATE）四周?chē)�繞的絕緣膜（材質(zhì)通常為SiO2）的品質(zhì)決定其特性及可靠度。在組件技術(shù)及應用技術(shù)確立之時(shí)期，開(kāi)發(fā)完成“AVALANCHE FET”并付諸生產(chǎn)，此種組件即使是在崩潰（AVALANCHE）之情況下也不會(huì )發(fā)生破壞。之后，大功率 MOSFET（POWER MOSFET）剩下的未解決課題是高耐壓化，1998年在市場(chǎng)嶄露頭角的“COOL MOS”將業(yè)界水準一舉提高至相當高的層次。AVALANCHE FET 及COOL MOS可以說(shuō)是確定MOS系大功率組件之評價(jià)的兩大支柱。

    在當初，IGBT（INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR）期待只將NCH POWER MOSFET 的基片（SUBSTRATE）的極性從n型變更成p型就能夠實(shí)現高耐壓、大電流組件，但是，IGBT 在本質(zhì)上為雙及組件（BIPOLAR DEVICE），對于單及組件（UNIPOLAR DEVICE）POWER MOSFET 世代的技術(shù)人員而言較為難以了解。近年來(lái)，雙極晶體管（BIPOLAR TRANSISTOR）的基礎知識以及以往所累積的寶貴經(jīng)驗重新受到重視，這是有趣的現象（本來(lái)，電子之技術(shù)革新有全盤(pán)推翻以往所有技術(shù)的趨勢）。

    進(jìn)入1990年代后，POWER MOSFET及IGBT等MOS系組件取雙極系組件（SCR〔閘流體〕、BJT〔雙極接合型晶體管〕）之地位而代之，如今已成為大功率組件（POWER DEVICE）之主流，其主要原因是，MOS系集成電路如今已成為IC 的主流了。隨著(zhù)手提型計算器及計算機等之迅速普及，為了節省消耗功率而延長(cháng)電池之使用時(shí)間，性能稍差但省電的MOS IC頓時(shí)成為時(shí)代之寵兒。同時(shí)，導入先進(jìn)之IC微細加工技術(shù)之后使得大功率組件之性能大幅提高。

●    POWER MOSFET之特征

    第一個(gè)進(jìn)入市場(chǎng)的MOS系大功率組件是POWER MOSFET，當初之高耐壓MOSFET的功率損失（POWER LOSS）很大，而且，驅動(dòng)方法與以往不同，因而為電路設計老手所排斥。不過(guò)，其高頻特性十分優(yōu)秀，不易破壞在低電源電壓下動(dòng)作時(shí)之功率損失（POWER LOSS）遠低于以往之組件，因此，發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)的應用技術(shù)逐漸普及，以緩慢而穩定的速度擴展市場(chǎng)。尤其是隨著(zhù)使用電池電源之便攜式電子機器的迅速發(fā)展，POWER MOSFET扮演著(zhù)十分重要的角色。

    POWER MOSFET的弱點(diǎn)是高耐壓化后之功率損失激增。使用市電AC電源之電子裝置所使用的POWER MOSFET的耐壓必須高達500~1000V左右，在此高壓領(lǐng)域內，在動(dòng)作原理上，其功率損失較雙極（BIPOLAR）系大功率組件為大。如果將組件之芯片尺寸（CHIP SIZE）加大時(shí)能夠降低功率損失，但是會(huì )增加成本（在比較組件之電氣性能及價(jià)格時(shí)以相同大小之芯片的條件作比較）。

●    IGBT之特征

    和POWER MOSFET的比較，IGBT（INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR）在耐壓600V以上之領(lǐng)域的功率損失相當低。IGBT的輸出部分屬于雙極組件，具有以往之雙極晶體管（BJT：BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR）的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，雖然可以藉IC之設計技術(shù)提高BJT之性能，但是，無(wú)法根本解決BJT的電荷存儲時(shí)件（STORAGE TIME）問(wèn)題（BJT在OFF時(shí)需耗費較長(cháng)時(shí)間），因此，在需要作高速開(kāi)關(guān)動(dòng)作（HIGH SPEED SWITCHING）之領(lǐng)域較不適合使用IGBT，但是，在使用AC市電驅動(dòng)之場(chǎng)合（例如驅動(dòng)馬達等之場(chǎng)合），在高電壓大功率之應用領(lǐng)域內使用IGBT的效率遠較POWER MOSFET為高。

    分立型半導體組件（DISCRETE SEMICONDUCTOR）將來(lái)生存之必需條件是必須能夠以和制作IC相同的設備來(lái)制造（IC之生產(chǎn)量為大功率組件的10倍以上），而POWER MOSFET以及IGBT均具備此條件。

 MOS系大功率組件之分類(lèi)

    大功率組件（POWER DEVICE）可依以下數點(diǎn)加以分類(lèi)：1動(dòng)作原理、2使用目的、3組件材料之種類(lèi)、4截面形狀、5組件基片材料（SUBSTRATE MATERIAL）之極性以及外加電極性、6容許消耗功率及外殼封裝。

    此外對于POWER MOSFET加以細分追加以下數項分類(lèi)：7表面形狀、8偏壓（BIAS）之方法、9閘極（GATE）構造、10組件內部之電流流動(dòng)方式。

依動(dòng)作原理而分類(lèi)

    傳輸電流之媒體有兩種，一種是以一種載子（CARRIER）傳輸電流的媒體，稱(chēng)為單極組件（UNIPOLAR ELEMENT）；另外一種是以二種載子傳輸電流的媒體，稱(chēng)為雙極組件（BIPOLAR ELEMENT）。前者之具體實(shí)例為FET（FIELD EFFECT TRANSISTOR），后者則有BJT（BI JUNCTION TRANSISTOR）及SCR（SILICON CONTROLLED RECTIFIER）等。如圖所示為這些大功率組件的構造簡(jiǎn)圖。這些組件均有3個(gè)端子，在組件內部有2~3個(gè)PN接合存在。FET和BJT內部的PN接合十分相似（不過(guò)，FET為縱向接合，BJT則為橫向接合），不過(guò)，兩者之動(dòng)作原理完全不同，FET自始就只有一個(gè)通道（CHANNEL）存在，換句話(huà)說(shuō)，泄極（DRANIN）和源極（SOURCE）間處于導通狀態(tài)。反之BJT之場(chǎng)合，在射極（EMITTER）和集極（COLLECTOR）之間至少有一個(gè)逆方向PN接合二極管存在，此逆向二極管將電流予以阻絕。SCR由二個(gè)BJT構成，SCR顧名思意為整流器，電流僅從陽(yáng)極往陰極方向作單向流通。如果利用SCR來(lái)直接控制正負變化之交流時(shí)，所能控制之范圍為0~50％。將兩個(gè)SCR作反向并聯(lián)連接以擴大控制范圍，這就是“TRIAC”電流能夠雙方向流通（如圖示）。

POWER MOSFET與IGBT之關(guān)系

    IGBT（INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR）乃是MOSFET與BJT的復合組件。MOSFET與SCR之復合組件稱(chēng)為MCT（MOS CONTROLLED THYRISTOR），如表所示為各種大功率組件的動(dòng)作速度與電流密度的比較。和單極組件POWER MOSFET比較，雙極組件IGBT及MCT能夠藉傳導度調變提高電流密度。但是，提高電流密度之后難以令其OFF（TURN OFF），于是，電流密度較IGBT為高的MCT的OFF速度更慢。不過(guò)，雙極組件的ON速度和MOSFET并無(wú)太大差異。