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會包含一個寄生器件——體二極管。那么是不是所有的MOSFET都會有體二極管嗎？這個體二極管它有什么作用呢？

Part 02

所有的MOSFET都會有體二極管嗎？

自從1960年MOSFET在貝爾實驗室誕生之后，MOSFET以來經歷了多次工藝革新，從基本結構到材料、工藝技術的發展，推動了現代電子產業的進步。下面的表格總結了MOSFET從誕生以后的關鍵工藝革新：

那么MOSFET經歷了這么多代的工藝技術革新，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現MOSFET的體二極管是其基本結構中固有的，可能某些工藝或器件設計通過優化或替代手段弱化或消除體二極管的影響。大多數MOSFET工藝并未完全消除體二極管，而是優化其特性或通過外部手段替代體二極管功能。 嚴格意義上，只有GaN HEMT完全沒有傳統的體二極管結構，而同步整流MOSFET通過控制策略實現了功能上的體二極管替代。其他技術（如溝槽型、超結、SiC MOSFET）雖未完全消除體二極管，但優化了其性能。

總的來說，GaN HEMT是目前真正不包含傳統體二極管的技術，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過優化，比如反向恢復時間更短，導通損耗減少，耐壓更高而已。

我們可能會在某些文章中看到一句話，體二極管只在單個的MOS管中存在，在集成電路芯片內部通常是沒有的。這句話對嗎？ 個人覺得不完全正確，在單個分立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內部的PN結結構決定的。它形成在源極與漏極之間，由于器件物理結構所致，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計，以CMOS集成電路為例，在標準CMOS工藝中，每個MOSFET仍然有其體區（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，設計時會：將襯底與源極連接，使體二極管在正常工作條件下不會導通。使用特殊的布局或隔離技術（如阱隔離或絕緣體上硅（SOI）技術）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導通了。當然在某些集成電路中通過絕緣體上硅（SOI）技術確實可以消除體二極管，這也只是僅限于集成芯片中。

目前我們電路設計應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MOSFET背靠背的防反接拓撲：

2. 反向電流路徑

體二極管提供了一個天然的反向電流路徑，在某些雙向開關電路中非常有用。

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關閉時通過反向導通，從而實現電流的雙向流動。

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，反向導通會產生較大的功耗問題。常規MOSFET的體二極管的反向恢復速度較慢，在高頻開關電路中容易引發開關損耗，導致電源效率下降和電磁干擾（EMI）增加。