本篇我們將介紹Power MOSFET的結構和特徵給大家認識,首先我們會介紹Power MOSFET的內部結構做介紹,在比較TOSHIBA Power MOSFET與雙極元件 bipolar transistors的內部結構,最後在 Power MOSFET和雙極元件 bipolar transistors的特徵在進行比較. 由於 Power MOSFET 運行主要作為多數載子元件,因此它們不受限於少數載子.這與雙極元件 bipolar transistors 少數載子元件的情況形成鮮明對比,Power MOSFET的性能基本上高於junction FET的性能.儘管Power MOSFET 在速度方面表現出色,但在其開發初期,開發者認為實現低通態電阻,高擊穿電壓和高功率將很難設計,然而,近年來,我們見證了在這方面的重大進步.隨著平面閘極雙擴散結構的流行,Power MOSFET的性能,其次是溝槽閘極和超接面(SJ)結構.具有這些新功能的Power MOSFET 結構提供更高的速度,更低的通態電阻和更高的擊穿電壓如今,Power MOSFET 廣泛用作商業、工業、汽車和其他應用. 1. Power MOSFET的結構: Power MOSFET 可根據其閘極和漂移結構進行大致分類. 圖1.說明了目前使用的三種常見結構.
圖1.Power MOSFET 結構(註一:Power MOSFET Structure and Characteristics) 圖1.(a)所示為雙擴散MOS(D-MOS)結構.對於 D-MOS 元件的製造,通道是在雙擴散製程中形成的,提供高耐受電壓.D-MOS 製程非常適合增加元件密度.使得實現具有低導通電阻的Power MOSFET並降低功率損耗. 圖1.(b)所示為溝槽Gate結構,溝槽Gate製程形成U槽形狀的垂直Gate溝道,以便增加裝置密度,從而進一步降低導通電阻,溝渠門採用此結構來製造電壓相對較低的功率MOSFET. 圖 1.(c) 所示為Super Junction 結構,該結構具有由交替的 p 型和 n 型半導體層組成的漂移區.該工藝克服了垂直矽製程的固有局限性與傳統功率 MOSFET 相比,具有極低的導通電阻.與傳統Power MOSFET相比,Super Junction 結構提供了顯著的優勢改善VDSS(最大漏電源電壓)和Ron∙A之間的平衡(每個特定區域的標準化導通電阻),因此有助於大幅減少傳導損耗. 表1.為上述三種結構MOSFET的比較表提供給大家參考.
表一. Power MOSFET 比較表(註一:註一: Power MOSFET Structure and Characteristics) 2.Power MOSFET 的特徵: 下面列出了Power MOSFET 的一般特徵,總共有下列五點提供給各位參考: (1) 基本上,MOSFET 是多數載子元件,在操作上與bipolar transistors不同,而bipolar transistors是少數載流子元件. (2) bipolar transistors 是電流控制器件,而 MOSFET 是電壓控制器零件由柵極源電壓控制的裝置. (3) 由於MOSFET是多數載子元件,因此它們不會因載子遭受延遲儲存效應,所以它可以操作在高頻. (4) 在雙極電晶體中,電流集中在高電壓區域,使得它們容易因二次擊穿而導致結點損壞.操作條件是根據需要降低額定值以防止結損壞,相比之下,Power MOSFET 是更不易受到二次擊穿,因此更堅固.但是,在設計上也因仔細確認 MOSFET 裝置的電氣特性,因為某些條件下也很容易發生二次擊穿. (5) 由於Power MOSFET具有正的導通電阻溫度係數,熱設計時應考慮高溫下的RDS(ON). 表2.為bipolar transistors 與 Power MOSFET的比較表提供給各位參考.
表2. bipolar transistors 與 Power MOSFET 比較表(註一:Power MOSFET Structure and Characteristics) 以上就是基於TOSHIBA Power MOSFET的介紹提供給各位參考. |
