功率MOSFET输出电容为什么会随着外加电压增加而降低？

功率MOSFET的输出电容是非常重要的一个参数，读过功率MOSFET数据表的工程师应该注意到：输出电容Coss会随着外加电压VDS的变化而变化，表现出非线性的特性，那么为什么会有这样的特性？

众所周知，当电容二端的电压增加时，就会形成对电容的充电电流，电容二个电极上的电荷量也会增加，因此，电容二端电压的变化是通过二个电极上的电荷的变化来实现。电容值的大小，和电容二个电极的面积A成正比，和二个电极的距离d成反比，和介质介电常数e成正比：

功率MOSFET的输出电容Coss实际上是漏极D和源极S的PN结的电容，漏极D和源极S加上电压VDS，PN结的耗尽层加宽，耗尽层、也就是空间电荷区内部的电荷数量增加，形成对PN结的充电电流，因此，这个特性表现出电容的特性，耗尽层在P区、N区内部的边界，就相当于电容的二个电极。

图1：功率MOSFET结构

图2：功率MOSFET内部PN结耗尽层

功率MOSFET外加电压VDS，输出电容Coss的电荷数量的改变，是通过耗尽层厚度的改变来实现。外加电压VDS增加，耗尽层厚度也相应的增加。在一定的外加偏置电压下，如果偏置电压发生非常小的变化，耗尽层厚度基本可以认为保持不变，耗尽层电荷的变化量与电压的变化量成正比，那么，在此外加偏置电压下，输出电容Coss为：

外加电压VDS比较小时，耗尽层的厚度也比较小，P区、N区初始的掺杂浓度相对比较高，自由导电的电子和空穴浓度比较高，因此，即使外加电压VDS发生很小的变化dV，空间电荷区也会产生非常大的电荷变化dQ，由公式2可以得到，偏置电压VDS比较小时，输出电容Coss电容值非常大。

图3：不同VDS电压的PN结耗尽层

外加电压VDS增加到一定值，耗尽层厚度也增加到一定值，P区、N区的自由导电的电子和空穴浓度被大量消耗，浓度非常低，相对于低偏置电压VDS，为了得到同样的空间电荷区电荷变化值dQ，就需要更大的外加电压VDS的变化值dV1。由公式2可以得到，同样的dQ，dV1>dV，因此，当偏置电压VDS大时，Coss电容值就会变小。

同时，偏置电压VDS大时，耗尽层的厚度增大，相当于Coss电容的二个电极的距离增加，因此，会导致Coss电容值进一步的降低。

图4：AOT10N60的电容特性

综上所述：功率MOSFET的输出电容Coss会随着外加电压VDS的增加而降低，从而表现出非线性的特性；同样，Crss电容具有相同的特性。