利盈娱乐(中国)创新平台有限公司

超结型MOS管工作原理

1：关(guan)端状态

垂直(zhi)(zhi)导(dao)电(dian)N+区(qu)夹在两边的(de)P区(qu)中间，当(dang)MOS关断时(shi)，也就是(shi)G极的(de)电(dian)压为0时(shi)，横向(xiang)(xiang)(xiang)形成(cheng)两个反(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)偏置(zhi)的(de)PN结(jie)：P和(he)垂直(zhi)(zhi)导(dao)电(dian)N+、P+和(he)外延epi层(ceng)(ceng)N-。栅极下(xia)面的(de)的(de)P区(qu)不能形成(cheng)反(fan)型层(ceng)(ceng)产生导(dao)电(dian)沟道，左边P和(he)中间垂直(zhi)(zhi)导(dao)电(dian)N+形成(cheng)PN结(jie)反(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)偏置(zhi)，右边P和(he)中间垂直(zhi)(zhi)导(dao)电(dian)N+形成(cheng)PN结(jie)反(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)偏置(zhi)，PN结(jie)耗尽层(ceng)(ceng)增大，并建立横向(xiang)(xiang)(xiang)水(shui)平(ping)电(dian)场。

当中间的N+的渗杂浓度(du)和宽度(du)控制得合(he)适，就(jiu)可以将中间的N+完全耗(hao)尽，这(zhei)样在(zai)中间的N+就(jiu)没(mei)有(you)自由电荷，相当于本征半导体，中间的横向(xiang)电场极高(gao)，只有(you)外(wai)(wai)部电压(ya)大于内部的横向(xiang)电场，才(cai)能(neng)将此区域击穿，所以，这(zhei)个区域的耐压(ya)极高(gao)，远大于外(wai)(wai)延(yan)层的耐压(ya)，功率MOSFET管(guan)的耐压(ya)主要由外(wai)(wai)延(yan)层来决定。

2：开(kai)通状态

当(dang)G极(ji)加(jia)上(shang)驱动(dong)电(dian)(dian)(dian)压(ya)时，在(zai)(zai)G极(ji)的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)将(jiang)(jiang)积累正(zheng)电(dian)(dian)(dian)荷(he)(he)，同时，吸(xi)引(yin)P区(qu)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)子(zi)到(dao)表(biao)(biao)(biao)面(mian)，将(jiang)(jiang)P区(qu)表(biao)(biao)(biao)面(mian)空穴中(zhong)和(he)，在(zai)(zai)栅极(ji)下面(mian)形成(cheng)耗尽层(ceng)(ceng)，如图5示。随着G极(ji)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)压(ya)提高，栅极(ji)表(biao)(biao)(biao)面(mian)正(zheng)电(dian)(dian)(dian)荷(he)(he)增强(qiang)，进(jin)一(yi)(yi)(yi)(yi)步吸(xi)引(yin)P区(qu)电(dian)(dian)(dian)子(zi)到(dao)表(biao)(biao)(biao)面(mian)，这(zhei)(zhei)样，在(zai)(zai)G极(ji)下面(mian)的(de)(de)P型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)沟道(dao)区(qu)中(zhong)，积累负(fu)电(dian)(dian)(dian)荷(he)(he)，形成(cheng)N型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)反型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)层(ceng)(ceng)，同时，由于(yu)(yu)更(geng)多负(fu)电(dian)(dian)(dian)荷(he)(he)在(zai)(zai)P型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)表(biao)(biao)(biao)面(mian)积累，一(yi)(yi)(yi)(yi)些负(fu)电(dian)(dian)(dian)荷(he)(he)将(jiang)(jiang)扩散(san)进(jin)入原来完(wan)全耗尽的(de)(de)垂直的(de)(de) N+，横向(xiang)的(de)(de)耗尽层(ceng)(ceng)越(yue)(yue)来越(yue)(yue)减小(xiao)，横向(xiang)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)场也越(yue)(yue)来越(yue)(yue)小(xiao)。G极(ji)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)压(ya)进(jin)一(yi)(yi)(yi)(yi)步提高，P区(qu)更(geng)宽范围(wei)形成(cheng)N型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)反型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)层(ceng)(ceng)，最(zui)后，N+区(qu)域回到(dao)原来的(de)(de)高渗(shen)杂的(de)(de)状(zhuang)态，这(zhei)(zhei)样，就形成(cheng)的(de)(de)低导通(tong)电(dian)(dian)(dian)阻的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)流(liu)路(lu)径。另(ling)外还(hai)有一(yi)(yi)(yi)(yi)种介于(yu)(yu)平面(mian)和(he)超结(jie)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)结(jie)构中(zhong)间的(de)(de)类型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)，是AOS开发的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)(yi)种专利结(jie)构，虽然电(dian)(dian)(dian)流(liu)密度低于(yu)(yu)超结(jie)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)，但抗大电(dian)(dian)(dian)流(liu)冲击能力非常优异。

超结型(xing)MOS管介(jie)绍

降低高压MOS管导通电阻的原理与方法

1、不(bu)(bu)同(tong)耐(nai)(nai)压(ya)(ya)的(de)(de)(de)MOS管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)导(dao)(dao)(dao)通电(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)分(fen)布(bu)。不(bu)(bu)同(tong)耐(nai)(nai)压(ya)(ya)的(de)(de)(de)MOS管(guan)(guan)(guan)，其(qi)导(dao)(dao)(dao)通电(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)中各部分(fen)电(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)比例(li)分(fen)布(bu)也(ye)不(bu)(bu)同(tong)。如耐(nai)(nai)压(ya)(ya)30V的(de)(de)(de)MOS管(guan)(guan)(guan)，其(qi)外(wai)延(yan)层电(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)仅(jin)为(wei)总导(dao)(dao)(dao)通电(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)的(de)(de)(de)29%，耐(nai)(nai)压(ya)(ya)600V的(de)(de)(de)MOS管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)外(wai)延(yan)层电(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)则(ze)是总导(dao)(dao)(dao)通电(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)的(de)(de)(de)96.5%。由此可以推断耐(nai)(nai)压(ya)(ya)800V的(de)(de)(de)MOS管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)导(dao)(dao)(dao)通电(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)将几乎被外(wai)延(yan)层电(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)占据。欲获得(de)高阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)断电(dian)(dian)压(ya)(ya)，就必须采用高电(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)率的(de)(de)(de)外(wai)延(yan)层，并增厚。这就是常规(gui)高压(ya)(ya)MOS管(guan)(guan)(guan)结构所(suo)导(dao)(dao)(dao)致的(de)(de)(de)高导(dao)(dao)(dao)通电(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)的(de)(de)(de)根(gen)本原因。

2、降(jiang)(jiang)低(di)高(gao)(gao)(gao)(gao)压MOS管(guan)(guan)导(dao)(dao)通(tong)(tong)电(dian)阻(zu)(zu)(zu)的思路。增(zeng)(zeng)加管(guan)(guan)芯面(mian)积虽能降(jiang)(jiang)低(di)导(dao)(dao)通(tong)(tong)电(dian)阻(zu)(zu)(zu)，但成本的提(ti)高(gao)(gao)(gao)(gao)所(suo)付(fu)出的代价是(shi)(shi)商(shang)业品所(suo)不允许的。引入少(shao)数载流(liu)以(yi)上(shang)两种办法(fa)不能降(jiang)(jiang)低(di)高(gao)(gao)(gao)(gao)压MOS管(guan)(guan)的导(dao)(dao)通(tong)(tong)电(dian)阻(zu)(zu)(zu)，所(suo)剩(sheng)的思路就是(shi)(shi)如何将阻(zu)(zu)(zu)断高(gao)(gao)(gao)(gao)电(dian)压的低(di)掺(chan)杂(za)、高(gao)(gao)(gao)(gao)电(dian)阻(zu)(zu)(zu)率(lv)区(qu)域(yu)和导(dao)(dao)电(dian)通(tong)(tong)道的高(gao)(gao)(gao)(gao)掺(chan)杂(za)、低(di)电(dian)阻(zu)(zu)(zu)率(lv)分开解决。如除导(dao)(dao)通(tong)(tong)时低(di)掺(chan)杂(za)的高(gao)(gao)(gao)(gao)耐(nai)压外(wai)延(yan)层(ceng)对导(dao)(dao)通(tong)(tong)电(dian)阻(zu)(zu)(zu)只能起(qi)增(zeng)(zeng)大(da)作用(yong)外(wai)并无其他(ta)用(yong)途。这样，是(shi)(shi)否可(ke)以(yi)将导(dao)(dao)电(dian)通(tong)(tong)道以(yi)高(gao)(gao)(gao)(gao)掺(chan)杂(za)较低(di)电(dian)阻(zu)(zu)(zu)率(lv)实(shi)现，而在MOS管(guan)(guan)关断时，设法(fa)使这个通(tong)(tong)道以(yi)某种方式夹断，使整个器件耐(nai)压仅取决于低(di)掺(chan)杂(za)的N-外(wai)延(yan)层(ceng)。基于这种思想(xiang)，1988年INFINEON推(tui)出内(nei)建(jian)横(heng)向电(dian)场(chang)耐(nai)压为600V的COOLMOS管(guan)(guan)，使这一(yi)想(xiang)法(fa)得以(yi)实(shi)现。内(nei)建(jian)横(heng)向电(dian)场(chang)的高(gao)(gao)(gao)(gao)压MOS管(guan)(guan)的剖面(mian)结构(gou)及(ji)高(gao)(gao)(gao)(gao)阻(zu)(zu)(zu)断电(dian)压低(di)导(dao)(dao)通(tong)(tong)电(dian)阻(zu)(zu)(zu)的示意图(tu)如图(tu)所(suo)示。

与(yu)常(chang)规MOS管(guan)(guan)结构不(bu)同(tong)，内建横向电场的(de)(de)(de)MOS管(guan)(guan)嵌入(ru)垂(chui)直P区将垂(chui)直导(dao)电区域的(de)(de)(de)N区夹在中间，使MOS管(guan)(guan)关断时，垂(chui)直的(de)(de)(de)P与(yu)N之间建立横向电场，并(bing)且(qie)垂(chui)直导(dao)电区域的(de)(de)(de)N掺杂(za)浓(nong)度高于其(qi)外延区N-的(de)(de)(de)掺杂(za)浓(nong)度。

VGS＜VTH时(shi)，由(you)于被(bei)电(dian)场(chang)反型(xing)(xing)而产(chan)生的(de)N型(xing)(xing)导电(dian)沟道(dao)不(bu)能形成，并且D，S间加正电(dian)压，使MOS管内部PN结反偏形成耗尽(jin)层(ceng)，并将(jiang)垂直(zhi)导电(dian)的(de)N区(qu)耗尽(jin)。这个耗尽(jin)层(ceng)具有纵向高阻断电(dian)压，如图（b）所示，这时(shi)器件的(de)耐(nai)压取决于P与N-的(de)耐(nai)压。因此N-的(de)低掺杂、高电(dian)阻率是必需的(de)。

当CGS＞VTH时(shi)，被(bei)电(dian)(dian)(dian)场反型(xing)而产生的(de)(de)N型(xing)导电(dian)(dian)(dian)沟(gou)道形成(cheng)。源极区的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)子通过导电(dian)(dian)(dian)沟(gou)道进入(ru)被(bei)耗(hao)尽(jin)的(de)(de)垂直的(de)(de)N区中(zhong)和正电(dian)(dian)(dian)荷，从(cong)而恢(hui)复被(bei)耗(hao)尽(jin)的(de)(de)N型(xing)特性，因(yin)(yin)此(ci)导电(dian)(dian)(dian)沟(gou)道形成(cheng)。由于(yu)垂直N区具(ju)有较低的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)阻(zu)率，因(yin)(yin)而导通电(dian)(dian)(dian)阻(zu)较常规(gui)MOS管将(jiang)明显降低。

通过(guo)以(yi)上分(fen)析(xi)可以(yi)看到：阻(zu)断(duan)(duan)电(dian)(dian)压与导(dao)通电(dian)(dian)阻(zu)分(fen)别(bie)在不同(tong)的功能区(qu)域。将阻(zu)断(duan)(duan)电(dian)(dian)压与导(dao)通电(dian)(dian)阻(zu)功能分(fen)开，解决了阻(zu)断(duan)(duan)电(dian)(dian)压与导(dao)通电(dian)(dian)阻(zu)的矛盾，同(tong)时(shi)也将阻(zu)断(duan)(duan)时(shi)的表(biao)面(mian)PN结转化为(wei)掩埋PN结，在相(xiang)同(tong)的N-掺杂浓度时(shi)，阻(zu)断(duan)(duan)电(dian)(dian)压还可进一步提高(gao)。

这些(xie)就是常规MOS管(guan)和COOLMOS管(guan)即(ji)本公司(si)超结MOS管(guan)的(de)不(bu)(bu)同(tong)之处(chu)，这里我也不(bu)(bu)过多的(de)说超结MOS管(guan)有多好了，因为这两种MOS管(guan)的(de)用途不(bu)(bu)一样，可以说是各有千秋啦(la)，尺有所短(duan)寸有所长嘛。

超结MOS管产品特征

我们公司设计(ji)(ji)的(de)超结(jie)MOS管(guan)是用(yong)先进(jin)的(de)耐压(ya)原理(li)和有话的(de)设计(ji)(ji)结(jie)构，全新(xin)600V-900V系列产品(pin)为系统应用(yong)提供充足的(de)耐压(ya)余(yu)量，简化系统设计(ji)(ji)难度，提高(gao)系统可靠性。满足客(ke)户对高(gao)耐压(ya)、低导通电阻和高(gao)效率超结(jie)MOS管(guan)的(de)需求。

我们公司超(chao)结MOS管的主(zhu)要(yao)特点(dian)是(shi):

1：更耐(nai)压伟系统(tong)设计和(he)应用提宫更充足余(yu)量

2：更低(di)的导通电压，利于降(jiang)低(di)导通损耗

3：极(ji)低的栅极(ji)电荷，提供(gong)更快的开(kai)关速(su)度

4：同规(gui)格下更(geng)小的封装体(ti)积，使系(xi)统更(geng)轻便

5：雪(xue)崩能(neng)力(li)测试，确(que)保产品质量可靠

MOS管工作原理

MOS管(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)工作原理(以N沟道增(zeng)强型MOS场效应管(guan))它是(shi)利用(yong)VGS来控制“感应电(dian)(dian)荷(he)(he)(he)”的(de)(de)(de)(de)(de)多少，以改(gai)(gai)(gai)变(bian)由这(zhei)些(xie)“感应电(dian)(dian)荷(he)(he)(he)”形成的(de)(de)(de)(de)(de)导电(dian)(dian)沟道的(de)(de)(de)(de)(de)状况，然后达到控制漏极(ji)电(dian)(dian)流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)。在制造管(guan)子(zi)时(shi)，通(tong)过工艺使绝缘(yuan)层中(zhong)出现大量(liang)正离子(zi)，故(gu)在交界面的(de)(de)(de)(de)(de)另一侧(ce)能感应出较多的(de)(de)(de)(de)(de)负电(dian)(dian)荷(he)(he)(he)，这(zhei)些(xie)负电(dian)(dian)荷(he)(he)(he)把高渗杂质的(de)(de)(de)(de)(de)N区接通(tong)，形成了(le)导电(dian)(dian)沟道，即使在VGS=0时(shi)也有较大的(de)(de)(de)(de)(de)漏极(ji)电(dian)(dian)流(liu)ID。当栅(zha)极(ji)电(dian)(dian)压改(gai)(gai)(gai)变(bian)时(shi)，沟道内被感应的(de)(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)荷(he)(he)(he)量(liang)也改(gai)(gai)(gai)变(bian)，导电(dian)(dian)沟道的(de)(de)(de)(de)(de)宽窄也随之而(er)变(bian)，因而(er)漏极(ji)电(dian)(dian)流(liu)ID随着栅(zha)极(ji)电(dian)(dian)压的(de)(de)(de)(de)(de)变(bian)化(hua)而(er)变(bian)化(hua)。（插图）

MOS管结构

MOSFET管(guan)是(shi)(shi)FET的(de)(de)(de)一种(zhong)(另一种(zhong)是(shi)(shi)JFET)，能够被制(zhi)形成加强(qiang)型或(huo)(huo)耗尽(jin)型，P沟(gou)(gou)(gou)道或(huo)(huo)N沟(gou)(gou)(gou)道共4品种(zhong)型，但实践应用的(de)(de)(de)只要(yao)加强(qiang)型的(de)(de)(de)N沟(gou)(gou)(gou)道MOS管(guan)和加强(qiang)型的(de)(de)(de)P沟(gou)(gou)(gou)道MOS管(guan)，所(suo)以(yi)通常(chang)提到NMOS,或(huo)(huo)者(zhe)PMOS指的(de)(de)(de)就(jiu)是(shi)(shi)这两种(zhong)。至于为什么(me)不运用耗尽(jin)型的(de)(de)(de)MOS管(guan)，不提倡寻根究底。关(guan)于这两种(zhong)加强(qiang)型MOS管(guan)，比拟常(chang)用的(de)(de)(de)是(shi)(shi)NMOS.缘由是(shi)(shi)导通电阻小，且(qie)容(rong)易制(zhi)造。所(suo)以(yi)开关(guan)电源和马达(da)驱(qu)动(dong)的(de)(de)(de)应用中(zhong)，普通都用NMOS下面的(de)(de)(de)引见中(zhong)，也(ye)多以(yi)NMOS为主。

MOS管(guan)(guan)的(de)(de)(de)三个(ge)(ge)管(guan)(guan)脚之间(jian)有寄生电(dian)容存在(zai)(zai)(zai)(zai)，这(zhei)(zhei)不是我们需求的(de)(de)(de)，而是由于制(zhi)造工艺限制(zhi)产生的(de)(de)(de)。寄生电(dian)容的(de)(de)(de)存在(zai)(zai)(zai)(zai)使得在(zai)(zai)(zai)(zai)设(she)计或选择驱(qu)动(dong)电(dian)路(lu)(lu)的(de)(de)(de)时(shi)分要(yao)费事(shi)一些，但没有方(fang)法防止(zhi)，后(hou)边再细(xi)致引见(jian)。在(zai)(zai)(zai)(zai)MOS管(guan)(guan)原理图上能够看到，漏(lou)极和源极之间(jian)有一个(ge)(ge)寄生二极管(guan)(guan)。这(zhei)(zhei)个(ge)(ge)叫体(ti)二极管(guan)(guan)，在(zai)(zai)(zai)(zai)驱(qu)动(dong)理性负(fu)载(zai)(如马达)，这(zhei)(zhei)个(ge)(ge)二极管(guan)(guan)很重要(yao)。顺便说一句，体(ti)二极管(guan)(guan)只在(zai)(zai)(zai)(zai)单(dan)个(ge)(ge)的(de)(de)(de)MOS管(guan)(guan)中(zhong)存在(zai)(zai)(zai)(zai)，在(zai)(zai)(zai)(zai)集成电(dian)路(lu)(lu)芯(xin)片内部通常是没有的(de)(de)(de)。

联系方式(shi)：邹先生

联系电(dian)话：0755-83888366-8022

手机：18123972950

QQ：2880195519

联系地(di)址：深圳市福田区(qu)车公庙(miao)天(tian)安数码城天(tian)吉(ji)大厦(sha)CD座5C1

请搜(sou)微(wei)信公众(zhong)号:“KIA半导体”或扫(sao)一扫(sao)下图“关注”官方(fang)微(wei)信公众(zhong)号

请“关注”官方微信公众号:提供  MOS管  技术帮助