功率MOSFET知识大全

功率MOSFET基础

内容表 

1.基本器件结构

2.击穿电压

3.导通状态特性

4.电容

5.栅极电荷

6.栅极电阻

7.导通和关断

8.体二极管正向电压

9.体二极管反向恢复

10.雪崩能力和额定

11.dV/dt额定

12.热阻特性

13.功率耗散

14.安全工作区

15.电流额定

1.基本器件结构

功率MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)是非常通用的功率器件，因为它具有低的栅极驱动功率，快的开关速度和优异的并联工作能力。许多功率MOSFET具有纵向的垂直结构，源极和漏极在晶元的相对的平面，从而可以流过大的电流和具有高的电压。

图1a和1b示出沟漕和平面两种基本的器件结构。沟漕结构主要用于额定电压低于200V的器件，因为它具有高的沟道密度，因此导通电阻低。平面结构适合于更高的额定电压器件，因为导通电阻主要由epi-层的电阻来决定，因此无法得到高的单元密度。两种结构基本的操作相同。除了特别的定义，本文只讨论沟漕结构。

2.击穿电压

在许多功率MOSFET中，N⁺ 源极和P-体形成的结是通过金属物短路的，从而避免意外的导通寄生的三极管。当没有偏置加在栅极时，功率MOSFET通过反向偏置P-体和N^- Epi形成的结，可以承受高的漏极电压。

在高压器件中，绝大部分电压由少掺杂的Epi层来承受：厚的少掺杂的Epi层承受更高的击穿耐压，但是增加了导通电阻。在低压器件中，P-体掺杂程度和N^- Epi层差不多，也可以承受电压。如果P-体的厚度不够，重掺杂太多，耗尽区可以通孔达到N⁺ 源极区，从而降低了击穿电压值。如果P-体的厚度太大，重掺杂不够，沟道的电阻和阈值电压将增大。因此需要仔细的设计体和Epi掺杂和厚度以优化其性能。

数据表中，BV_DSS通常定义为漏电流为250uA时漏极到源极的电压。漏极到源极的漏电流表示为I_DSS，它在100%的BV_DSS额定时测量。温度增加，I_DSS增加，BV_DSS也增加。

3.导通状态特性

要考虑功率MOSFET在两种不同的模式下工作：第一象限和第三象限工作。

第一象限工作

当正向电压加在漏极上时，N沟道的功率MOSFET操作在第一象限工作，如图2所示。当栅极电压V_G增加到阈值电压V_TH时，MOSFET沟道开始流过电流。它流过电流的值取决于MOSFET的导通电阻，定义为：

RDSON=VD/ID

对于足够的栅极电荷过驱动V_G>>V_TH，I_D-V_D曲线操作在线性区，因为MOSFET的沟道完全导通。在低的栅极过驱动电压下，当V_D>(V_G-V_TH)，由于沟道的修剪效应，漏极电流达到饱和点。

对于沟漕MOSFET, R_DSON由于下面几个部分组成：         
- R_S: 源极电阻         
- R_CH: 沟道电阻         
- R_ACC: 聚集区电阻         
- R_EPI: 硅片顶层电阻，外延硅，有名epi；epi控制着MOSFET可以承受阻断电压值         
- R_SUBS: 硅衬底电阻，epi从它上面生长。

对于沟漕MOSFET, R_DSON由于下面几个部分组成：

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