V-FET或功率場效應(yīng)管(MOS管)工作原理知識詳解-KIA MOS管
信息來源:本站 日期:2020-06-16
功率MOS管通常采用V型配置,如圖所示。這就是為什么該元器件有時被稱為V-MOS管或V-FET。
功率MOS場效應(yīng)晶體管也分為結(jié)型和絕緣柵型,但通常主要指絕緣柵型中的MOS型。結(jié)型功率場效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管(Static Induction Transistor——SIT)。其特點是用柵極電壓來控制漏極電流,驅(qū)動電路簡單,需要的驅(qū)動功率小,開關(guān)速度快,工作頻率高,熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR,但其電流容量小,耐壓低,一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。
功率MOS管通常采用V型配置,如圖所示。這就是為什么該器件有時被稱為V-MOS管或V-FET。如圖所示,V形切口從器件表面穿N +,P和N~層幾乎滲透到N +襯底。N +層是重?fù)诫s的低電阻材料,而N +層是輕摻雜的高電阻區(qū)域。二氧化硅介電層覆蓋水平表面和V形切割表面。絕緣柵極是在V形切口中沉積在SiO 2上的金屬膜。源極端子通過SiO 2層與上N +和P- 層接觸。N +襯底是器件的漏極端子。
V-MOS管是一個E模式FET,漏極和源極之間不存在溝道,直到柵極相對于源極為正。為使柵極相對于源極為正,在柵極附近形成N型溝道,與E-MOS管的情況一樣。在這種情況下,N型溝道為電荷載流子在N +襯底(即漏極)和N +源極端子之間流動提供垂直路徑。當(dāng)V GS為零或負(fù)時,不存在通道且漏極電流為零。
增強型N溝道功率場效應(yīng)管的漏極和傳輸特性與E-MOS管類似,如圖2和3所示。隨著柵極電壓的增加,溝道電阻減小,因此漏極電I D增加。因此,可以通過柵極電壓控制來控制漏極電流I D,使得對于給定的V GS電平,I D在寬的V DS電平范圍內(nèi)保持相當(dāng)恒定。
對于任何給定尺寸的器件,位于V-場效應(yīng)管底部(而不是頂部表面)的漏極端子可以具有相當(dāng)大的面積。與在表面具有漏極和源極的場效應(yīng)管相比,這允許更大的功耗。
在功率或V-MOS管中,溝道長度由擴散過程決定,而在其他MOS管中,溝道長度取決于擴散過程中使用的攝影掩模的尺寸。通過控制摻雜密度和擴散時間,可以產(chǎn)生比通道長度的掩模控制更短的通道。這些較短的通道允許更大的電流密度,這再次導(dǎo)致更大的功率耗散。較短的溝道長度還允許在V-FET中獲得更大的跨導(dǎo)g m,并且非常顯著地改善了頻率響應(yīng)和器件切換時間。
功率MOS管的幾何結(jié)構(gòu)中的另一個非常重要的因素是存在靠近N +襯底的輕摻雜N -外延層。當(dāng)V GS為零或負(fù)并且漏極相對于源極為正時,P層和N~層之間的結(jié)被反向偏置。結(jié)處的耗盡區(qū)深入N層,因此避免了從漏極到源極的穿通。因此可以應(yīng)用相對較高的V DS而沒有任何設(shè)備故障的危險。
還提供P溝道V-MOS管。它們的特性與N溝道MOS管類似,只是電流方向和電壓極性相反。
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