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纷歧样的开关丨MOS管的差别工艺和特征

2024-04-01 16:47

上篇文章为各人解说了MOS管的事情原理 ,也起源展示了MOS管的结构;现在天的主题是MOS管的差别工艺和特征 ,本文会形貌市面上常见几种工艺:VDMOS(笔直导电双扩散型场效应晶体管)、Trench MOSFET(沟槽型)、SGT MOSFET(屏障栅沟槽)和 SJ MOSFET(超结)。

MOSFET的最常见也是最典范的平面栅结构包括以下几个主要部分:

 图1

栅极(Gate):它是MOSFET的控制元件 ,用于控制沟道的开启和关闭,对应管脚一个。

源极(Source):它是MOSFET的输入端电子的泉源 ,对应管脚一个。

漏极(Drain):它是电子的流出口 ,对应管脚一个。

衬底(Substrate):衬底是MOSFET的底层质料 ,它为MOSFET的导电通道提供载流子。

氧化物绝缘层(Oxide Insulator):通常是SiO2,置于源漏区与栅极之间 ,用来绝缘。

1.笔直导电双扩散型场效应晶体管(VDMOS)

在VDMOS结构中 ,漏端和源端、栅端不在统一平面(图2)。

VDMOS结构中沟道是笔直的 ,而栅极是平面的。这种设计具有以下优点:

·更高的耐压能力:笔直沟道可以遭受更高的电压 ,从而提高了MOSFET的耐压能力。

·更小的面积:笔直沟道使MOSFET的面积更小 ,制品的封装体积能够做到更小。

·更低的寄生电容:笔直沟道可以使MOSFET的栅极金属面积更小 ,寄生电容更低 ,从而提高了开关速率。

2.Trench mos(沟槽型)

沟槽型MOS的栅极是向内挖出一个槽 ,然后在这个槽内里填入氧化硅 ,这个工序叫做栅极氧化。

图3

清静面栅的MOSFET相比 ,沟槽栅MOSFET通过构建沟槽结构 ,穿过了P型基区的最下端 ,形成的沟道位于N+源极与N漂移区之间 ,消除了JFET区域 ,也消除了JFET电阻 ,因此总的特征电阻相比平面栅结构大大降低。

3.SGT MOS(屏障栅沟槽)

SGT-MOS是对Trench MOS的一种改良结构 ,通常适用于中低压场景(如图4)。较古板Trench MOSFET ,SGT-MOSFET在栅电极下方增添了一块多晶硅电极 ,即屏障电极或称耦合电极。屏障电极与源电极相连 ,即实现了屏障栅极与漂移区的作用 ,减小了米勒电容 ,器件的开关速率得以加速 ,同时又实现了电荷耦合效应 ,减小了漂移区临界电场强度 ,器件的导通电阻得以减小 ,开关消耗能够更低。

图4

4.SJ MOS(超结)

在功率MOS方面 ,相关于通例 VDMOS器件结构 , RDS(on)与BVSS保存矛盾关系 ,要想提高BVSS ,一样平常都是从减小EPI掺杂浓度着手(Epi掺杂是指在品圆外貌沉积一层掺杂质料 ,以改变晶圆的导电性能。通过控制掺杂质料的种类和浓度 ,可以实现对品圆电性能的准确调控) ,可是外延层又是正向电流流通的通道 ,EPI 掺杂浓度减小了 ,电阻一定变大 ,RDS(on)增大。不然就需要增大芯片面积 ,增大封装形状 ,增添大宗成产本钱。以是关于通俗 VDMOS ,两者之间的矛盾不可协调。

接纳超结(Super Junction ,简称SJ)工艺的高压功率MOSFET ,是通过设置一个深入EPI层的P柱区 ,通过提高电撒播导区的掺杂浓度 ,显著降低单位面积导通电阻 ,但同时又不使耐压受到影响 ,从而使其成为具有高耐压和低电阻特征的一种新型器件 ,结构图见图5。特殊的超结结构让高压超结MOSFET的内阻在同样面积情形下降低到古板平面MOSFET的1/5 ,开关消耗因此减为通俗的VDMOSFET的1/2。

与古板的功率 MOSFET相比 ,SJ-MOSFET具有传导消耗低、电流驱动能力大、栅极电荷低、开启电压低、开关速率快等优点。

 图5

 

5.总结

综上所述 ,种种工艺的MOS管优弱点如下:

VDMOS

优点:耐压高、同规格能做到更小的面积、寄生电容低。

弱点:导通电阻大、泄电流较大。

Trench MOS

优点:导通电阻小、寄生电容小 ,开关性能优异。

弱点:无法耐高压 ,常用于100V以下的低压领域 ,抗攻击能力弱。

SGT MOS

优点:米勒电容小、开关消耗低、导通消耗低 ,常用于中低压领域(200V左右)。

弱点:工艺重大造价较高。

SJ MOS

优点:内阻小、栅极电荷小、开关速率快、常用于高压领域(600-800V)。

弱点:抗浪涌能力较弱。

以上工艺的MOS银娱优越会7176111代理的产线均涵盖在内 ,如华羿微、LRC、新洁能、扬杰、ROHM、东芝 ,列位可按需推荐。

篇幅有限 ,MOS管的种种改良和衍生的工艺尚有许多 ,本文暂时只先容较为主流的几种 ,若有差别意见 ,期待谈论区相同!

 

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