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功率MOSFET结构分析开关功率MOSFET运用超大规模集成电路技术,虽然器件的电压、电流等级和超大规模集成电路明显不同。MOSFET从70年代的FET发展而来,如图1所示。sourcefieldgategatecontactoxideoxidemetallizationdraincontactn*sourcen*drainChannelLDIDGSBVTVGSS图一、MOSFET1、结构图2、转移特性3、器件符号源极金属电极S栅极氧化膜G多晶硅栅沟道p+n+pn+Gn-n+漏极金属电极D图二、N沟道DMOS功率MOSFET然而当击穿电压大于200V时,在通态电阻上的压降变得比一样尽寸、电压等级的三极管要高。为了克服这一弱点,产生了一种新的结构和工艺技术,如:DMOS,提高电压、电流的额定值。如图二所示,有如下几个重要特点:1、源极和漏极是不对称的;2、存在一个长的垂直低掺杂区域以使器件能有较高的击穿电压;3、源极覆盖P型体区用来短路源极和P区形成的PN结,保证寄生的三极管处于截止状态;4沟道区域已被分级掺杂。5、电流由沿器件表面的横向流动转为垂直方向流动。克服了大电流和高通导电阻问题。图三、功率MOSFET的寄生元件图三是功率MOSFET的寄生元件图示,寄生三极管使器件对dv/dt敏感以至误导通并使器件击穿损坏。CGS是栅极与源极、沟道交叠形成和施加的电压无关。CGD由两部份组成,一是栅极和硅交叠形成,二是栅极下的耗尽区形成。CGD是电压的非线性数,CDS和管内二极管有关。图四是IR公司功率MOSFET的实际结构图。从以上结构分析可以看出:VDMOST是多单元垂直通导并联结构,芯片单位面积的实际电流通导面积大幅增加,有效地解决了大电流和芯片面积矛盾的问题。同时由于并联结构使导通电阻大幅减少。随着集成电路技术的发展VDMOST的制造技术也日新月异。器件更新速度加快。总的来讲:集成度越来越高,每代之间的密度以10倍以上的速度增加,每一单元的导通电阻增大,由于并联个数增加,总的导通电阻减少,但热阻增加;同时由于面积减少,导通电荷量减少,开关速度可以提高,驱动功耗减少等。因此不同代的产品不能简单代换,需区别不同情况对待。下面着重分析dv/dt对器件的影响。CDS施加的CGD边沿信号NPNRGCGSRB漏、源允许的最大电压上升速率为dv/dt容限,如果这个速率被超过,则栅、源之间的电压超过VG(TH)使器件导通状态,在一定的条件下使器件损坏。有两种途径能使上述情况发生。1、通过CGD、RG感应,使器件导通。VGS=I1RG=RG*CGD*dv/dtdv/dt=Vth/RG*CGD2、通过寄生三极管、CDS、RB感应,当VBE大于0。7V时,三极管导通。dv/dt=VBE/RB*CDB如果漏极电压超过VCEO,则器件发生雪崩击穿,进而使器件损坏。图四TRENCHMOSFET(UMOSFET)
本文标题:功率MOSFET-结构分析
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