功率MOSFET的設(shè)計(jì)過程中采取措施使其中的寄生晶體管盡量不起作用。在不同代功率MOSFET中其措施各有不同,但總的原則是使漏極下的橫向電阻RB 盡量小。因?yàn)橹挥性诼ON區(qū)下的橫向電阻流過足夠電流為這個(gè)N區(qū)建立正偏的條件時(shí),寄生的雙極性晶閘管才開始發(fā)難。然而在嚴(yán)峻的動(dòng)態(tài)條件下,因du/dt 通過相應(yīng)電容引起的橫向電流有可能足夠大。此時(shí)這個(gè)寄生的雙極性晶體管就會(huì)起動(dòng),有可能給MOSFET帶來損壞。所以考慮瞬態(tài)性能時(shí)對(duì)功率MOSFET器件內(nèi)部的各個(gè)電容(它是dv/dt的通道)都必須予以注意。瞬態(tài)情況是和線路情況密切相關(guān)的,這方面在應(yīng)用中應(yīng)給予足夠重視。對(duì)器件要有深入了解,才能有利于理解和分析相應(yīng)的問題。MOSFET的尺寸變小意味著柵極面積減少,如此可以降低等效的柵極電容。低壓N+NMOSFET失效分析
MOSFET的重點(diǎn)參數(shù):金屬—氧化層—半導(dǎo)體電容。金屬—氧化層—半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)MOSFET在結(jié)構(gòu)上以一個(gè)金屬—氧化層—半導(dǎo)體的電容為重點(diǎn),氧化層的材料多半是二氧化硅,其下是作為基極的硅,而其上則是作為柵極的多晶硅。這樣子的結(jié)構(gòu)正好等于一個(gè)電容器(capacitor),氧化層扮演電容器中介電質(zhì)(dielectric material)的角色,而電容值由氧化層的厚度與二氧化硅的介電常數(shù)(dielectric constant)來決定。柵極多晶硅與基極的硅則成為MOS電容的兩個(gè)端點(diǎn)。當(dāng)一個(gè)電壓施加在MOS電容的兩端時(shí),半導(dǎo)體的電荷分布也會(huì)跟著改變。考慮一個(gè)P型的半導(dǎo)體(空穴濃度為NA)形成的MOS電容,當(dāng)一個(gè)正的電壓VGB施加在柵極與基極端時(shí),空穴的濃度會(huì)減少,電子的濃度會(huì)增加。當(dāng)VGB夠強(qiáng)時(shí),接近柵極端的電子濃度會(huì)超過空穴。這個(gè)在P型半導(dǎo)體中,電子濃度(帶負(fù)電荷)超過空穴(帶正電荷)濃度的區(qū)域,便是所謂的反轉(zhuǎn)層(inversion layer)。MOS電容的特性決定了MOSFET的操作特性,但是一個(gè)完整的MOSFET結(jié)構(gòu)還需要一個(gè)提供多數(shù)載流子的源極以及接受這些多數(shù)載流子的漏極。張家港P-CHANNELMOSFET晶體管MOSFET在數(shù)字信號(hào)處理上主要的成功來自CMOS邏輯電路的發(fā)明。
在MOSFET器件應(yīng)用時(shí)除了要考慮器件的電壓、電流、頻率外,還必須掌握在應(yīng)用中如何保護(hù)器件,不使器件在瞬態(tài)變化中受損害。當(dāng)然晶閘管是兩個(gè)雙極型晶體管的組 合,又加上因大面積帶來的大電容,所以其dv/dt能力是較為脆弱的。對(duì)di/dt來說,它還存在一個(gè)導(dǎo)通區(qū)的擴(kuò)展問題,所以也帶來相當(dāng)嚴(yán)格的限制。功率MOSFET的情況有很大的不同。它的dv/dt及di/dt的能力常以每納秒(而不是每微秒)的能力來估量。但盡管如此,它也存在動(dòng)態(tài)性能的限制。這些我們可以從功率MOSFET的基本結(jié)構(gòu)來予以理解。除了器件的幾乎每一部分存在電容以外,還必須考慮MOSFET還并聯(lián)著一個(gè)二極管。同時(shí)從某個(gè)角度看、它還存在一個(gè)寄生晶體管。(就像IGBT也寄生著一個(gè)晶閘管一樣)。這幾個(gè)方面,是研究MOSFET動(dòng)態(tài)特性很重要的因素。
中國命名法有兩種命名方法。場(chǎng)效應(yīng)管通常有下列兩種命名方法。第一種命名方法是使用“中國半導(dǎo)體器件型號(hào)命名法”的第3、第4和第5部分來命名,其中的第3部分用字母CS表示場(chǎng)效應(yīng)管,第4部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示器件序號(hào),第5部分用漢語拼音字母表示規(guī)格號(hào)。例如CS2B、CS14A、CS45G等。第二種命名方法與雙極型三極管相同, 位用數(shù)字 電極數(shù);第二位用字母 極性(其中D是N溝道,C是P溝道);第三位用字母 類型(其中J 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,O 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管)。例如,3DJ6D是N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管,3D06C是N溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管。MOSFET的重點(diǎn)參數(shù)有:金屬—氧化層—半導(dǎo)體電容。
不同耐壓的MOSFET,其導(dǎo)通電阻中各部分電阻比例分布也不同。如耐壓30V的MOSFET,其外延層電阻單為 總導(dǎo)通電阻的29%,耐壓600V的MOSFET的外延層電阻則是總導(dǎo)通電阻的96.5%。由此可以推斷耐壓800V的MOSFET的導(dǎo)通電阻將幾乎被外 延層電阻占據(jù)。欲獲得高阻斷電壓,就必須采用高電阻率的外延層,并增厚。這就是常規(guī)高壓MOSFET結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的高導(dǎo)通電阻的根本原因。增加管芯面積雖能降低導(dǎo)通電阻,但成本的提高所付出的代價(jià)是商業(yè)品所不允許的。引入少數(shù)載流子導(dǎo)電雖能降低導(dǎo)通壓降,但付出的代價(jià)是開關(guān)速度的降低并出現(xiàn)拖尾電流,開關(guān)損耗增加,失去了MOSFET的高速的優(yōu)點(diǎn)。以上兩種辦法不能降低高壓MOSFET的導(dǎo)通電阻,所剩的思路就是如何將阻斷高電壓的低摻雜、高電阻率區(qū)域和導(dǎo)電通道的高摻雜、低電阻率分開解決。如除 導(dǎo)通時(shí)低摻雜的高耐壓外延層對(duì)導(dǎo)通電阻只能起增大作用外并無其他用途。這樣,是否可以將導(dǎo)電通道以高摻雜較低電阻率實(shí)現(xiàn),而在MOSFET關(guān)斷時(shí),設(shè)法使這個(gè)通道以某種方式夾斷,使整個(gè)器件耐壓單取決于低摻雜的N-外延層。MOSFET尺寸不斷縮小,可以讓集成電路的效能大幅提升。深圳低壓N管MOSFET晶體管
常見的MOSFET技術(shù)有:雙柵極MOSFET。低壓N+NMOSFET失效分析
MOSFET的漏極伏安特性(輸出特性):截止區(qū)(對(duì)應(yīng)于GTR的截止區(qū));飽和區(qū)(對(duì)應(yīng)于GTR的放大區(qū));非飽和區(qū)(對(duì)應(yīng)于GTR的飽和區(qū))。電力 MOSFET工作在開關(guān)狀態(tài),即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換。電力MOSFET漏源極之間有寄生二極管,漏源極間加反向電壓時(shí)器件導(dǎo)通。電力 MOSFET的通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù),對(duì)器件并聯(lián)時(shí)的均流有利。動(dòng)態(tài)特性:td(on)導(dǎo)通延時(shí)時(shí)間——導(dǎo)通延時(shí)時(shí)間是從當(dāng)柵源電壓上升到10%柵驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)到漏電流升到規(guī)定電流的10%時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。tr上升時(shí)間——上升時(shí)間是漏極電流從10%上升到90%所經(jīng)歷的時(shí)間。iD穩(wěn)態(tài)值由漏極電源電壓UE和漏極負(fù)載電阻決定。UGSP的大小和iD的穩(wěn)態(tài)值有關(guān),UGS達(dá)到UGSP后,在up作用下繼續(xù)升高直至達(dá)到穩(wěn)態(tài),但iD已不變。低壓N+NMOSFET失效分析
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