所有的MOSFET都有体二极管吗？它有什么作用呢？硬件工程师要搞懂的电路知识点-德赢Vwin官网网

Part 01

前言

与三极管等其他的有源器件相比，MOSFET的不同寻常之处在于其原理图符号会包含一个寄生器件——体二极管。那么是不是所有的MOSFET都会有体二极管吗？这个体二极管它有什么作用呢？

Part 02

所有的MOSFET都会有体二极管吗？

自从1960年MOSFET在贝尔实验室诞生之后，MOSFET以来经历了多次工艺革新，从基本结构到材料、工艺技术的发展，推动了现代电子产业的进步。下面的表格总结了MOSFET从诞生以后的关键工艺革新：

1960年

MOSFET诞生

硅基MOS结构，SiO₂作为栅介质，开启FET时代

1963年

CMOS技术发明

低功耗电路的基础，推动数字集成电路发展

1970年代

功率MOSFET诞生

用于开关电源、马达驱动，高输入阻抗，快速开关

1977年

VDMOS问世

垂直结构，降低导通电阻，承载更大电流

1990年代初

沟槽型MOSFET诞生

沟槽栅极技术，显著降低导通电阻，提高开关速度

1998年

超结MOSFET问世

交替P/N结构，突破导通电阻-击穿电压权衡

2011年

FinFET量产

3D栅极结构，增强沟道控制，实现纳米级工艺

2010年代

SiC/GaN MOSFET发展

新材料应用，高频开关，适用于高温、高压环境

那么MOSFET经历了这么多代的工艺技术革新，有没有哪一代工艺消除掉了MOSFET的体二极管呢？我查阅了一下资料发现MOSFET的体二极管是其基本结构中固有的，可能某些工艺或器件设计通过优化或替代手段弱化或消除体二极管的影响。大多数MOSFET工艺并未完全消除体二极管，而是优化其特性或通过外部手段替代体二极管功能。严格意义上，只有GaN HEMT完全没有传统的体二极管结构，而同步整流MOSFET通过控制策略实现了功能上的体二极管替代。其他技术（如沟槽型、超结、SiC MOSFET）虽未完全消除体二极管，但优化了其性能。

沟槽型MOSFET（Trench）

存在但优化

降低反向恢复时间，提高性能

超结MOSFET（Super-Junction）

存在但优化

导通损耗减少，性能显著提升

同步整流MOSFET

功能上被替代

外部控制同步导通，弱化体二极管作用

GaN HEMT

无体二极管

完全不同的导通机制

SiC MOSFET

存在但优化

更高耐压、更快恢复

总的来说，GaN HEMT是目前真正不包含传统体二极管的技术，而其他MOSFET工艺通常保留体二极管，只不过体二极管的性能经过优化，比如反向恢复时间更短，导通损耗减少，耐压更高而已。

我们可能会在某些文章中看到一句话，体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。这句话对吗？个人觉得不完全正确，在单个分立MOSFET器件中，体二极管通常是固有存在的，这是由于大部分的MOSFET内部的PN结结构决定的。它形成在源极与漏极之间，由于器件物理结构所致，无法避免。但是在集成电路芯片中，体二极管的存在与否取决于具体的工艺设计，以CMOS集成电路为例，在标准CMOS工艺中，每个MOSFET仍然有其体区（P型或N型），通常连到芯片的电源或接地，从而可能形成体二极管。然而，为了避免体二极管影响电路性能，设计时会：将衬底与源极连接，使体二极管在正常工作条件下不会导通。使用特殊的布局或隔离技术（如阱隔离或绝缘体上硅（SOI）技术）来避免或最小化体二极管的影响。

所以体二极管虽然存在，但在正常工作条件下不会导通了。当然在某些集成电路中通过绝缘体上硅（SOI）技术确实可以消除体二极管，这也只是仅限于集成芯片中。

目前我们电路设计应用比较多的采用沟槽型工艺的功率MOSFET还是存在体二极管的。

Part 03

MOSFET的体二极管有什么用？

1. 防反接比如两个MOSFET背靠背的防反接拓扑：

2. 反向电流路径

体二极管提供了一个天然的反向电流路径，在某些双向开关电路中非常有用。

例如，在H桥逆变器或同步整流器中，体二极管允许电流在MOSFET关闭时通过反向导通，从而实现电流的双向流动。

需要注意的是体二极管具有较高的正向压降一般在0.7V到1.5V之间，反向导通会产生较大的功耗问题。常规MOSFET的体二极管的反向恢复速度较慢，在高频开关电路中容易引发开关损耗，导致电源效率下降和电磁干扰（EMI）增加。

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