01 MOSFET介紹
如果說晶體管能夠被稱為20世紀最偉大的發明，那么毫無疑問，MOSFET在其中功不可沒。1925年，關于MOSFET基本原理的專利發表，1959年貝爾實驗室發明了基于此原理的MOSFET結構設計。時至六十年后的今天，大至功率變換器，小至內存、CPU等各類電子設備核心元件，無一不用到MOSFET。

02 MOSFET工作基本原理
基本概念-半導體
金屬材料可以導電，絕緣材料不導電，那怎么樣實現一個東西既能夠導電又能夠不導電？那就是半導體。MOSFET作為一種半導體器件，我們需要它實現的功能按最簡單話來說就是既能夠實現電路的通，又能夠實現電路的斷。放在數字電路里，這就是實現0和1的方式，在功率電路里，這就是實現PWM轉換器工作的基本手段。

如何實現通？當材料內部具有自由移動的電子（負電荷）或者空穴（正電荷）的時候就是導通的（假如說電子或空穴被晶格束縛，那么同樣無法導電），存在載流子的時候材料是導通的。如何實現斷？那就是將一定區域內的自由載流子去除，材料就不能夠導電了，從而達到阻斷電流的作用。    

我們目前用得最多的半導體材料，比如硅（Si），是Ⅳ族元素，本身最外層電子為4，可以形成穩定的晶格結構，因此它本身是無法導電的，如下圖所示，所有電子和原子核都被牢牢束縛在穩定的結構中出不來，所以沒有自由移動的電荷。

穩定的Si結構
而當材料中摻雜了其他元素，比如說Ⅲ族或者Ⅴ族元素，甚至其他元素，取代了晶格中的位置。摻雜Ⅴ族元素，結構中就有了除了最外層4個以外的一個電子（即多數載流子為電子），摻雜了Ⅲ族元素，結構中就缺了一個電子構成穩定結構，即形成一個空穴（即多數載流子為空穴）。如下圖所示，左圖為摻雜Ⅴ族元素的示意圖，Ⅴ族元素最外層有五個電子，四個電子參與形成共價鍵，因此還剩余一個電子；右圖為摻雜Ⅲ族元素的示意圖，Ⅲ族元素最外層有三個電子，只有三個電子用于形成共價鍵，因此留下一個空穴。為了方便，可以直接將電子和空穴理解成負電荷和正電荷。    

摻雜后的結構
由于帶電粒子在電場中會發生移動，假如在電場的作用下，使得結構中的電子和空穴都跑掉了，那么這個區域不存在自由移動的載流子，因此區域就不再導電，這樣的區域稱為耗盡區（載流子被電場耗盡）。牢牢記住，耗盡區內不存在自由移動的載流子，因此是斷開狀態。MOS的核心原理就是利用電場的作用，使得一定區域時而導電時而斷開。

MOSFET核心部分  
提起MOSFET，我們不禁要問，為什么叫MOSFET？MOSFET全稱為Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，即金屬氧化物半導體場效應晶體管。這個名字實際上是跟其結構息息相關，我們看下圖中的核心結構（僅僅是取其中局部進行講解）。從上往下依次是金屬、氧化層、摻雜的半導體材料，連起來就是Metal-Oxide-Semiconductor，有其名必有其因。    

那何為Field-Effect Transistor？
這里的Field自然指電場，所以FET實際上就是指這種器件是電場驅動的晶體管。如果在上下極板加上正電壓，就會在材料中建立電場，如下圖所示，其中綠色的線為電場線。

由于圖中這里所示為P摻雜（Ⅲ族元素摻雜），紅色區域中存在空穴（也就是正電荷），在外加電場的作用下，正電荷就會往下離開，從而在上表面形成不含有自由載流子的區域，也就是耗盡區（depletion region）。

耗盡層的形成

而施加的電壓足夠高時，將把耗盡層內的空穴進一步驅趕，并吸引電子往上表面運動，在上表面堆積可以導電的電子，從而形成N型半導體，從而形成反型層（Inversion layer, 之所以叫反型層是指在電場作用下，該區域內的自由載流子與摻雜形成的半導體載流子相反）。一般我們將開始形成反型層時施加的電壓稱為門檻電壓。反型層也就是我們后面要提到的導電溝道（沿水平方向形成導電溝道）。

導電溝道形成的圖：

反型層形成仿真圖

MOSFET工作原理    
以平面增強型N溝道MOSFET為例，基本結構如下圖所示。可以看到，從左到右為NPN的摻雜，在擴散作用下，會自然形成像圖中所示的深紅色的耗盡區(depletion region)，根據前面所述，耗盡區是不能導電的，因此漏極(Drain)到源極(Source)在未加外加電場的時是斷開的，因此該結構是Normal off的結構。

MOSFET normal off

注意到，圖中正中心區域就是之前講的核心部分，從上往下，橘黃色，黃色，淺紅色依次為金屬、氧化物、P摻雜。那么又是如何控制MOSFET導通的呢？利用溝道。
當 Vgs>0，會開始在氧化層下面首先形成新的耗盡層（depletion region)，如下如所示。
當 Vgs>Vth，形成反型層，如下圖所示。    

反型層形成

由于反型層相當于N摻雜的半導體，因此D和S直接直接連通，因此MOSFET導電溝道形成，進入導通狀態。

03 MOSFET輸出特性
如下圖所示為增強型N溝道MOS輸出特性。

對于上圖所示的MOS，有三種工作區域    

04 MOSFET符號與命名

MOSFET大家族

門極符號
MOSFET不同于JFET，在Gate是不與導電溝道相連的，是有一層氧化絕緣層的，因此從符號中可以看出，MOSFET中Gate和溝道是由縫隙的，也就是有兩條豎線，或者一條豎線與三段虛線，而JFET則是一條豎線。另外，細心的你可能還會發現，有的Gate形狀為“L”，有的則是“T”，如果是“L”，意味著Gate和Source在物理結構上靠得更近。    
溝道形狀
增強型MOSFET在未加外部電壓時為斷開(normal off)，而耗盡型MOSFET則在未加外部電壓時為導通（normal on）。所以增強型MOSFET的溝道為三段虛線，意味著還未導通，而耗盡型MOSFET的溝道則是一條直線。
箭頭方向
對于含有bulk connection的MOSFET，區分P溝道與N溝道就是靠箭頭方向。箭頭方向遵循一個準則，P指向N，如果溝道是P，則由溝道指向外，如果溝道是N，則由外指向溝道。

05 MOSFET介紹市場及應用
中國MOSFET器件市場中，英飛凌排名第一，中國本土企業中，華潤微電子、揚杰科技、聞泰收購的安世半導體和吉林華微電子進入前十。中國MOSFET市場下游需求迅速擴大的大環境下，中國MOSFET行業的產銷規模在不斷擴大，對國外產品的進口替代效應不斷凸顯。目前，我國超級結MOSFET的市場參與者以國際大廠為主，但其產品價格相對較高。
受益于國家產業政策扶持和行業技術水平提升等多重利好因素，我國MOSFET企業通過產品的高性價比持續提高市場占有率，國產化水平不斷提升。功率MOSFET特別是超級結MOSFET高端分立器件產品由于其技術及工藝的復雜度，還較大程度上依賴進口，未來進口替代空間巨大。
2023年中國MOSFET市場規模約為56.6億美元。在下游的應用領域中，消費電子、通信、工業控制、汽車電子占據了主要的市場份額，其中消費電子與汽車電子占比最高。在消費電子領域，主板、顯卡的升級換代、快充、Type-C接口的持續滲透持續帶動MOSFET器件的市場需求。在汽車電子領域，MOSFET器件在電動馬達輔助驅動、電動助力轉向及電機驅動等動力控制系統，以及電池管理系統等功率變換模塊領域均發揮重要作用，有著廣闊的應用市場及發展前景。

06 車規級MOSFET認證AEC-Q101
AEC即Automotive Electronics Council，是美國汽車電子委員會的簡稱。AEC由克萊斯勒，福特和通用汽車發起并創立于1994年，目前會員遍及全球各大汽車廠、汽車電子和半導體廠商，符合AEC規范的零部件均可被上述三家車廠同時采用，促進了零部件制造商交換其產品特性數據的意愿，并推動了汽車零件通用性的實施，為汽車零部件市場的快速成長打下基礎。AEC-Q為AEC組織所制訂的車用可靠性測試標準，是零件廠商進入汽車電子領域，打入一級車廠供應鏈的重要門票。


① AEC-Q101認證是車規級分立半導體器件的準入門檻
AEC-Q101是基于失效機理的分立半導體器件應力測試鑒定，由AEC委員會制定，適用于車用分立半導體器件的綜合可靠性測試認證標準，是分立器件應用于汽車領域的基本門檻。首版于1996年發行，目前沿用的最新標準為2021年3月1日發布的E版本。
AEC Q101標準是分立半導體器件（依產品類型、封裝形貌及取樣數量的要求）執行并通過的必要測試項目。

② 要求通過AEC-Q101標準的分立器件
二極管、齊納二極管、穩壓二極管、整流二極管、TVS管、MOSFET、IGBT等

③ AEC-Q101產品驗證流程


④ AEC-101測試項目分組
各項參數測試：如性能測試、外觀、參數驗證、物理尺寸、熱阻、雪崩耐量、短路可靠性、介質完整性等；
環境應力實驗：按照軍用電子器件環境適應性標準和汽車電子通用環境適應性標準，執行器件的應力實驗，如高溫反偏、高溫柵偏壓、溫度循環、高壓蒸煮、HAST、高溫高濕反偏、高溫高濕工作、間歇工作壽命、功率溫度循環、常加速、振動、沖擊、氣密性等；
工藝質量評價：針對封裝、后續電子組裝工藝，以及使用可靠性進行的相應元器件工藝質量評價，如ESD、DPA、端子強度、耐溶劑試驗、耐焊接熱、可焊性、綁線拉力剪切力、芯片推力、無鉛測試等。

⑤ 北測測試能力及AEC-101技術要求


關于北測
北測集團（以下簡稱"NTEK"）成立于2009年，總部位于深圳，主要從事智能網聯汽車、電子通信、新能源的研發驗證、檢驗檢測、失效分析、仿真模擬和市場準入等質量研究技術服務。

北測擁有豐富的車規級電子認證經驗，已成功幫助100多家企業順利通過AEC-Q系列認證。北測集團以車企車規元器件國產化需求為牽引，依托國產半導體產業基礎，提供完善的檢測認證服務，通過AEC-Q車用標準嚴格把控汽車元器件安全質量，助力國產車規級元器件大力發展，為打造智能汽車安全體系再添新動力。