MOSFET的结构和特点

时间:2022-03-11作者:佚名

(LDMOS)横向双扩散型场效应晶体管的结构

功率MOSFET即金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)有三个管脚,分别为栅极(Gate),漏极(Drain)和源极(Source)。功率MOSFET为电压型控制器件,驱动电路简单,驱动的功率小,而且开关速度快,具有高的工作频率。常用的MOSFET的结构有横向双扩散型场效应晶体管LDMOS(Lateral Double-Diffused MOS)、平面双扩散型场效应晶体管(Planar MOS)和沟槽双扩散型场效应晶体管(Trench MOS)。

N沟道的横向双扩散型场效应晶体管的结构如图1所示,栅极,漏极和源极都在硅片的上表面,下部为衬底,当电流从漏极流向源极时,电流在硅片内部横向流动,而且主要从硅片的上表层流过,因此没有充分应用硅片的尺寸,电流和电压的额定值受到限制。但这种结构具有低的电容,因此开关速度快,主要适合低压应用,如微处理器、运放、数字电路及射频电路等。

MOSFET的结构和特点

图1:N沟道横向导电的平面结构

(Planar MOS)平面双扩散型场效应晶体管

N沟道的平面双扩散型场效应晶体管的结构如图2所示,栅极和源极在硅片的上表面而漏极连接到衬底的下表面。源极和漏极在晶圆的相对的平面,当电流从漏极流向源极时,电流在硅片内部垂直流动,因此可以充分的应用硅片的面积,来提高通过电流的能力,合适于功率MOSFET的应用。

这种结构称为垂直导电双扩散MOS结构VDMOSFET(Vertical Double Diffused MOSFET)。N沟道MOSFET衬底为高掺杂的N 衬底,高掺杂沟道部分的体电阻小。然后上面为为N-的epi层,上面有两个连续的扩散区P-,沟道在P-区形成。在P-区内部,扩散形成的N 为源极。硅片表面形成栅极氧化物,多晶硅栅极材料沉积后,在连接到栅极的多晶硅层下面,就会形成一个薄的高质量的氧化层,从而产生沟道。

工作原理是:栅极和源极间加正向电压,P-区中的少数载流子,即“少子”,也就是电子,被电场吸引到栅极下面的表面,随着栅极和源极正向偏置电压的增加,更多的电子被吸引到这个区域,这样本地的电子密度要大于空穴,从而出现“反转”,即在栅极下面的P-区的材料从P型变成N型,形成N型“沟道”,电流可以直接通过漏极的N 型区、N-型区、栅极下面N型沟道,流到源极N 型区。

在功率MOSFET的内部,由许多这样的单元,也称“晶胞”,并联而成。硅片的面积越大,所能加工的单元越多,器件的导通电阻越小,能够通过的电流就越大;同样,在单位的面积的硅片上,能够加工的晶胞越多,也就是晶胞单位密度越大,器件的导通电阻也就越小。通常器件的导通电阻越小,电流额定值也就越大。

由于栅极不通过功率主回路的大电流,因此栅极占用的部分硅片的面积不能充分得到应用,也就影响到能够加工的晶胞单位密度的最大值。同时,由于栅极的面积大,寄生电容就越大,因此开关性能较差。

这种结构工艺简单,单元的一致性较好,因此它的跨导的特性比较好,雪崩能量比较高,同时寄生电容也较大,主要应用于高压的功率MOSFET和开关频率不太高的中压功率MOSFET。

如果需要低的导通电阻,只有增大的晶片面积,晶片的面积受到封装尺寸的限制,因此不适合于一些高功率密度的应用。平面型高压的功率MOSFET管的耐压主要通过厚的低掺杂的N-的外延层即epi层来控制。

MOSFET的结构和特点

图2:N沟道垂直导电的平面结构及Rdson组成

在低压器件中,由于N-外延层比较薄,N 层和漏极的金属衬底对通态的电阻影响大;大于100V的器件,N-外延层是通态电阻主要组成部分。低压器件中,沟道电阻和晶圆之间的区域也会对通态电阻产生影响。

沟道电阻主要依赖于栅极驱动程度。Vgs增加,Rdson减小。开始时,当Vgs增到阈值电压Vgs(th)以上时,Rdson很快降减小,表明MOSFET沟道导通。当Vgs进一步增加,Rdson下降比较来缓,因为沟道完全导通,MOSFET导通电阻由其它的电阻组成部分决定。

当器件缩小到更小的尺寸,RS , RCH也减小,因为更多的单个的单元晶胞将堆积在给定的硅片区。另一方面,P 区域夹在两个N区域之间,当电流被限制在靠近P-体区域的狭窄的N-区中流过时,将产生JFET效应,即把各晶胞的P-基区所夹住的那部分看为JFET,是结型场效应晶体管(Junction FET)的简称,产生一个寄生的JFET,结型场效应管是以PN结上的电场来控制所夹沟道中的电流,从而增加通态电阻。

平面MOSFET的RDS(ON)由于下面几个部分组成:

RS : 源极电阻

RCH : 沟道电阻

RJFET : JFET区电阻

REPI : 硅片顶层电阻,外延硅epi,epi控制着MOSFET可以承受的阻断电压的值

相关阅读

公园景观夜景照明应注重哪些标准?

伴随着压力的提高,公园变成大家夜间释放压力的休闲娱乐场地。因而 公园景观夜景照明 也愈来愈关键,那么针对公园景观夜景照明规划设计中大家该注意什么规范? 1、确定主题风格...
2022-09-26
公园景观夜景照明应注重哪些标准?

商业街灯光设计是我们生活方式的美丽改变

商业街灯光设计 在商业社会中变得越来越重要。好的商业街灯光设计不仅显示出繁荣的社区和城市的特征,而且还极大地促进了商业的发展和旅游经济的繁荣。 商业街灯光亮化具有良...
2022-09-14
商业街灯光设计是我们生活方式的美丽改变

城市亮化工程夜景照明设计技巧

城市亮化 工程夜景照明 设计技巧,夜景照明中的景物亮度环境亮度、景观距离、空气质量等因素影响,较为复杂,目前我国还没有制定相应的标准,实际中往往根据经验估计。所以这方...
2022-07-15

隧道入口段和中间段的视觉特点

隧道的产生正是因为道路需要穿越实体,因此它的两侧和顶部是封闭的,只有在隧道的两端洞口能接受到自然光的照射。这种特殊的构造会造成隧道入口段和中间段的差异,人眼为了适...
2022-07-15

城市道路照明发展预测

近年来,我国城市照明行业正经历着前所未有的发展态势,主要得益于我国城市照明行业逐年加大的投资力度以及人们对各行业照明需求的不断增加。根据全国照明单位普查数据显示,...
2022-07-15

热销商品

氟胶O型圈耐高温密封圈线径1-10mm现货可订做大尺寸胶圈非标异形

氟胶O型圈采用高性能氟橡胶(FKM)材料制成,具有卓越的耐高温、耐油、耐化学腐蚀性能,长期使用温度可达200℃以上,短期可耐受250℃高温。线径规格覆盖1–10mm,现货充足,支...
¥ 0.4

鸿雁开关插座面板奶油风哑光五孔插座多孔16A面板X5Pro可可蛋奶

鸿雁开关插座面板奶油风哑光多孔16A面板X5Pro可可蛋奶,是一款具有奶油风格设计的哑光五孔插座。这款面板采用了高品质的材料制作而成,外观时尚大方,颜色柔和,给人一种...
¥ 7.08

正泰官方旗舰店开关插座家用暗装墙壁一开五孔面板多孔X1奶油6C白

正泰官方旗舰店推出的这款一开五孔面板,是您家庭装修的理想选择。产品采用奶油6C白色彩,简约大方,能够完美融入各种家居风格。开关功能灵敏可靠,插座孔位设计合理,满足...
¥ 5.3

U型耐高温包边条玻璃不锈钢边缘防划伤密封条铁板钣金防护防撞条

U型耐高温包边条是一款专为玻璃、不锈钢、铁板及钣金边缘设计的防护密封条,采用优质硅胶或耐高温橡胶材质,具备优异的耐高温、抗老化、防划伤和防撞性能。其U型结构...
¥ 3

黑色硅胶垫片圆形防水密封圈螺丝平垫耐高温减震缓冲四分平垫定制

黑色硅胶垫片圆形防水密封圈,专为四分螺丝配套设计,采用优质耐高温硅胶材料制成,具备优异的防水、密封、减震与缓冲性能。其圆形平垫结构紧密贴合连接面,有效防止液体...
¥ 1.7

网站栏目