微电子器件基础

微电子器件基础第八章半导体功率器件8.1功率双极晶体管8.1.1垂直式功率晶体管的结构横截面示意图相互交叉的晶体管结构8.1功率双极晶体管8.1.2功率晶体管的特性1．较宽的基区宽度，更小的电流增益。2．大面积器件，更低的截至频率。3．集电极最大额定电流远大于于小信号晶体管。小信号与功率晶体管特性与最大额定值的比较8.1功率双极晶体管8.1.2功率晶体管的特性功率晶体管的电流特性8.1功率双极晶体管8.1.3、达林顿组态npn达林顿组态npn达林顿组态的集成电路实现8.2功率半导体MOSFET8.2.1功率晶体管的结构双扩散MOS横截面垂直沟道VMOS8.2功率半导体MOSFET8.2.2功率晶体管的特性1.更快的开关转换时间。2.无二次击穿效应。3.在一个更宽的温度范围内有稳定的增益及响应时间。8.2功率半导体MOSFET8.2.2功率晶体管的特性8.2功率半导体MOSFET8.2.3寄生双极晶体管8.2功率半导体MOSFET8.2.3寄生双极晶体管1.MOSFET的沟道长度视为寄生晶体管的基区宽度，寄生晶体管的电流增益很大。2.寄生晶体管几乎一直处于关断态，只有在高速开关切换时处于开态。3。寄生晶体管可能会产生一个很大的开态漏电流。使MOSFET烧坏，称之为反向击穿。8.3散热片和结温晶体管消耗的能量会使其内部温度逐渐升高，以致超过周围环境的温度。如果结温Tj太高，会永久烧坏晶体管，因此功率晶体管在封装时会包含散热片。考虑散热片的影响时，必须考虑热阻θ的概念，其单位是℃/W。元件的温度差T2-T1与热阻的关系为：T2－T1＝PθP是通过元件的热功率。8.3散热片和结温8.4半导体闸流管电子器件的一个重要应用就是开态到关态的转换，对于所有的pnpn结构的半导体器件，如果其能实现双稳态正反馈开关转换特性，就可称之为闸流管。对于三电极的半导体闸流管来说，半导体整流器（SCR）是常用的名称。8.4半导体闸流管8.4.1半导体闸流管的基本特性8.4半导体闸流管8.4.1半导体闸流管的基本特性8.4半导体闸流管8.4.1半导体闸流管的基本特性8.4半导体闸流管8.4.2SCR的触发机理8.4半导体闸流管8.4.2SCR的触发机理8.4半导体闸流管8.4.2SCR的关断若想将四层结构的器件从导通状态转换到关断状态，只需将电流IA降低到使得α1＋α2＝1处的临界电流值之下即可，此临界电流值称之为维持电流。如果寄生的四层结构被触发进入导通状态，则有效的阳极电流就会降低到相应的维持电流之下，从而使器件关闭，这种要求意味着所有的电源都应关断。使SCR关断的另一种方法是从p区抽走空穴。8.4半导体闸流管8.4.2器件结构1.基本SCR结构8.4半导体闸流管8.4.2器件结构2.双边对称的闸流管8.4半导体闸流管8.4.2器件结构2.双边对称的闸流管8.4半导体闸流管8.4.2器件结构3.MOS栅控的闸流管8.4半导体闸流管8.4.2器件结构4.MOS关态闸流管8.5习题1.假设一个功率BJT的BC结击穿电压BVCBO＝300V，画出范围5≤β≤10内BVCEO与β的关系曲线，假定n=3。2.散热片中并联使用了三个MOSFET，当这三个晶体管导通时，负载电流为5A。（1）三个器件的导通电阻分别为RON1＝1.8Ω,RON2＝2Ω和RON3＝2.2Ω，计算每个电器中的电流和功耗。（2）第二个晶体管的导通电阻增大到RON2＝3.6Ω,机计算每个电器中的功耗。3.开关闸流管的一个条件是α1＋α2＝1。证明该条件β1β2＝1，其中β1是闸流管等效电路中的pnp双极晶体管的共发射极电流增益，β2是闸流管等效电路的npn双极晶体管的共发射极电流增益。