01 MOSFET介绍
如果说晶体管能够被称为20世纪最伟大的发明，那么毫无疑问，MOSFET在其中功不可没。1925年，关于MOSFET基本原理的专利发表，1959年贝尔实验室发明了基于此原理的MOSFET结构设计。时至六十年后的今天，大至功率变换器，小至内存、CPU等各类电子设备核心元件，无一不用到MOSFET。

02 MOSFET工作基本原理
基本概念-半导体
金属材料可以导电，绝缘材料不导电，那怎么样实现一个东西既能够导电又能够不导电？那就是半导体。MOSFET作为一种半导体器件，我们需要它实现的功能按最简单话来说就是既能够实现电路的通，又能够实现电路的断。放在数字电路里，这就是实现0和1的方式，在功率电路里，这就是实现PWM转换器工作的基本手段。

如何实现通？当材料内部具有自由移动的电子（负电荷）或者空穴（正电荷）的时候就是导通的（假如说电子或空穴被晶格束缚，那么同样无法导电），存在载流子的时候材料是导通的。如何实现断？那就是将一定区域内的自由载流子去除，材料就不能够导电了，从而达到阻断电流的作用。    

我们目前用得最多的半导体材料，比如硅（Si），是Ⅳ族元素，本身最外层电子为4，可以形成稳定的晶格结构，因此它本身是无法导电的，如下图所示，所有电子和原子核都被牢牢束缚在稳定的结构中出不来，所以没有自由移动的电荷。

稳定的Si结构
而当材料中掺杂了其他元素，比如说Ⅲ族或者Ⅴ族元素，甚至其他元素，取代了晶格中的位置。掺杂Ⅴ族元素，结构中就有了除了最外层4个以外的一个电子（即多数载流子为电子），掺杂了Ⅲ族元素，结构中就缺了一个电子构成稳定结构，即形成一个空穴（即多数载流子为空穴）。如下图所示，左图为掺杂Ⅴ族元素的示意图，Ⅴ族元素最外层有五个电子，四个电子参与形成共价键，因此还剩余一个电子；右图为掺杂Ⅲ族元素的示意图，Ⅲ族元素最外层有三个电子，只有三个电子用于形成共价键，因此留下一个空穴。为了方便，可以直接将电子和空穴理解成负电荷和正电荷。    

掺杂后的结构
由于带电粒子在电场中会发生移动，假如在电场的作用下，使得结构中的电子和空穴都跑掉了，那么这个区域不存在自由移动的载流子，因此区域就不再导电，这样的区域称为耗尽区（载流子被电场耗尽）。牢牢记住，耗尽区内不存在自由移动的载流子，因此是断开状态。MOS的核心原理就是利用电场的作用，使得一定区域时而导电时而断开。

MOSFET核心部分  
提起MOSFET，我们不禁要问，为什么叫MOSFET？MOSFET全称为Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，即金属氧化物半导体场效应晶体管。这个名字实际上是跟其结构息息相关，我们看下图中的核心结构（仅仅是取其中局部进行讲解）。从上往下依次是金属、氧化层、掺杂的半导体材料，连起来就是Metal-Oxide-Semiconductor，有其名必有其因。    

那何为Field-Effect Transistor？
这里的Field自然指电场，所以FET实际上就是指这种器件是电场驱动的晶体管。如果在上下极板加上正电压，就会在材料中建立电场，如下图所示，其中绿色的线为电场线。

由于图中这里所示为P掺杂（Ⅲ族元素掺杂），红色区域中存在空穴（也就是正电荷），在外加电场的作用下，正电荷就会往下离开，从而在上表面形成不含有自由载流子的区域，也就是耗尽区（depletion region）。

耗尽层的形成

而施加的电压足够高时，将把耗尽层内的空穴进一步驱赶，并吸引电子往上表面运动，在上表面堆积可以导电的电子，从而形成N型半导体，从而形成反型层（Inversion layer, 之所以叫反型层是指在电场作用下，该区域内的自由载流子与掺杂形成的半导体载流子相反）。一般我们将开始形成反型层时施加的电压称为门槛电压。反型层也就是我们后面要提到的导电沟道（沿水平方向形成导电沟道）。

导电沟道形成的图：

反型层形成仿真图

MOSFET工作原理    
以平面增强型N沟道MOSFET为例，基本结构如下图所示。可以看到，从左到右为NPN的掺杂，在扩散作用下，会自然形成像图中所示的深红色的耗尽区(depletion region)，根据前面所述，耗尽区是不能导电的，因此漏极(Drain)到源极(Source)在未加外加电场的时是断开的，因此该结构是Normal off的结构。

MOSFET normal off

注意到，图中正中心区域就是之前讲的核心部分，从上往下，橘黄色，黄色，浅红色依次为金属、氧化物、P掺杂。那么又是如何控制MOSFET导通的呢？利用沟道。
当 Vgs>0，会开始在氧化层下面首先形成新的耗尽层（depletion region)，如下如所示。
当 Vgs>Vth，形成反型层，如下图所示。    

反型层形成

由于反型层相当于N掺杂的半导体，因此D和S直接直接连通，因此MOSFET导电沟道形成，进入导通状态。

03 MOSFET输出特性
如下图所示为增强型N沟道MOS输出特性。

对于上图所示的MOS，有三种工作区域    

04 MOSFET符号与命名

MOSFET大家族

门极符号
MOSFET不同于JFET，在Gate是不与导电沟道相连的，是有一层氧化绝缘层的，因此从符号中可以看出，MOSFET中Gate和沟道是由缝隙的，也就是有两条竖线，或者一条竖线与三段虚线，而JFET则是一条竖线。另外，细心的你可能还会发现，有的Gate形状为“L”，有的则是“T”，如果是“L”，意味着Gate和Source在物理结构上靠得更近。    
沟道形状
增强型MOSFET在未加外部电压时为断开(normal off)，而耗尽型MOSFET则在未加外部电压时为导通（normal on）。所以增强型MOSFET的沟道为三段虚线，意味着还未导通，而耗尽型MOSFET的沟道则是一条直线。
箭头方向
对于含有bulk connection的MOSFET，区分P沟道与N沟道就是靠箭头方向。箭头方向遵循一个准则，P指向N，如果沟道是P，则由沟道指向外，如果沟道是N，则由外指向沟道。

05 MOSFET介绍市场及应用
中国MOSFET器件市场中，英飞凌排名第一，中国本土企业中，华润微电子、扬杰科技、闻泰收购的安世半导体和吉林华微电子进入前十。中国MOSFET市场下游需求迅速扩大的大环境下，中国MOSFET行业的产销规模在不断扩大，对国外产品的进口替代效应不断凸显。目前，我国超级结MOSFET的市场参与者以国际大厂为主，但其产品价格相对较高。
受益于国家产业政策扶持和行业技术水平提升等多重利好因素，我国MOSFET企业通过产品的高性价比持续提高市场占有率，国产化水平不断提升。功率MOSFET特别是超级结MOSFET高端分立器件产品由于其技术及工艺的复杂度，还较大程度上依赖进口，未来进口替代空间巨大。
2023年中国MOSFET市场规模约为56.6亿美元。在下游的应用领域中，消费电子、通信、工业控制、汽车电子占据了主要的市场份额，其中消费电子与汽车电子占比最高。在消费电子领域，主板、显卡的升级换代、快充、Type-C接口的持续渗透持续带动MOSFET器件的市场需求。在汽车电子领域，MOSFET器件在电动马达辅助驱动、电动助力转向及电机驱动等动力控制系统，以及电池管理系统等功率变换模块领域均发挥重要作用，有着广阔的应用市场及发展前景。

06 车规级MOSFET认证AEC-Q101
AEC即Automotive Electronics Council，是美国汽车电子委员会的简称。AEC由克莱斯勒，福特和通用汽车发起并创立于1994年，目前会员遍及全球各大汽车厂、汽车电子和半导体厂商，符合AEC规范的零部件均可被上述三家车厂同时采用，促进了零部件制造商交换其产品特性数据的意愿，并推动了汽车零件通用性的实施，为汽车零部件市场的快速成长打下基础。AEC-Q为AEC组织所制订的车用可靠性测试标准，是零件厂商进入汽车电子领域，打入一级车厂供应链的重要门票。


① AEC-Q101认证是车规级分立半导体器件的准入门槛
AEC-Q101是基于失效机理的分立半导体器件应力测试鉴定，由AEC委员会制定，适用于车用分立半导体器件的综合可靠性测试认证标准，是分立器件应用于汽车领域的基本门槛。首版于1996年发行，目前沿用的最新标准为2021年3月1日发布的E版本。
AEC Q101标准是分立半导体器件（依产品类型、封装形貌及取样数量的要求）执行并通过的必要测试项目。

② 要求通过AEC-Q101标准的分立器件
二极管、齐纳二极管、稳压二极管、整流二极管、TVS管、MOSFET、IGBT等

③ AEC-Q101产品验证流程


④ AEC-101测试项目分组
各项参数测试：如性能测试、外观、参数验证、物理尺寸、热阻、雪崩耐量、短路可靠性、介质完整性等；
环境应力实验：按照军用电子器件环境适应性标准和汽车电子通用环境适应性标准，执行器件的应力实验，如高温反偏、高温栅偏压、温度循环、高压蒸煮、HAST、高温高湿反偏、高温高湿工作、间歇工作寿命、功率温度循环、常加速、振动、冲击、气密性等；
工艺质量评价：针对封装、后续电子组装工艺，以及使用可靠性进行的相应元器件工艺质量评价，如ESD、DPA、端子强度、耐溶剂试验、耐焊接热、可焊性、绑线拉力剪切力、芯片推力、无铅测试等。

⑤ 北测测试能力及AEC-101技术要求


关于北测
北测集团（以下简称"NTEK"）成立于2009年，总部位于深圳，主要从事智能网联汽车、电子通信、新能源的研发验证、检验检测、失效分析、仿真模拟和市场准入等质量研究技术服务。

北测拥有丰富的车规级电子认证经验，已成功帮助100多家企业顺利通过AEC-Q系列认证。北测集团以车企车规元器件国产化需求为牵引，依托国产半导体产业基础，提供完善的检测认证服务，通过AEC-Q车用标准严格把控汽车元器件安全质量，助力国产车规级元器件大力发展，为打造智能汽车安全体系再添新动力。