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                            mos管作用是什么? 功率原理是什么?

                            信息來源:本站 日期:2017-06-05 

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                            1 概述

                            MOSFET的中文稱號是金屬氧化物半導體場效應晶體管,也叫絕緣柵場效應晶體管,縮寫為MOSFET,簡稱MOS管。功率MOSFET是一類導電溝道槽結構特殊的場效應管,它是繼MOSFET之后新展開起來的高效、功率開關器件。它不只繼承了MOS場效應管輸入阻抗高(≥108?)、驅動電流?。?.1μA左右)的優點,還具有耐壓高(最高可耐壓1200V)、工作電流大(1.5A~100A)、輸出功率高、跨導線性好、開關速度快等優秀特性。正是由于它將電子管與功率晶體管的優點集于一身,因此在開關電源、逆變器、電壓放大器、功率放大器等電路中獲得普遍應用。
                            2 分類
                            MOS管是一種單極性載流子參與導電的半導體器件。根據導電溝道的載流子可以劃分為N溝道和P溝道。假定導電溝道的載流子是電子,則稱為N溝道;假定載流子是空穴,則稱為P溝道。MOS管的導電溝道,可以在制造過程中構成,也可以經過接通外部電源構成,當柵壓等于零時就存在溝道(即在制造時構成的)稱為耗盡型,在施加外部電壓后才構成溝道的稱為增強型。按照導電溝道和溝道構成的過程兩點來分類,MOS管可以分為:P溝增強型MOS管、P溝耗盡型MOS管、N溝增強型MOS管和N溝耗盡型MOS管。圖四類MOSFET和它們的圖形符號。功率MOSFET普通很少采用P溝道,由于空穴的遷移率比電子的遷移率低,相同的溝道尺寸,P溝道的晶體管比N溝道的導通電阻大。


                            3 工作原理

                            功率MOS管是從小功率MOS管展開來的。但在結構上,它們之間相差很大,為了更好天文解功率MOSFET的機理,首先來回想一下小功率場效應管的機理。以下以N溝道增強型小功率MOSFET的結構來說明MOS管的原理。

                            圖1是N溝道增強型小功率MOSFET的結構表示圖。
                            N溝道增強型MOS管是把一塊低摻雜的P型半導體作為襯底,在襯底上面用擴散的方法構成兩各重摻雜的N+區,然后在P型半導體上生成很薄的一層二氧化硅絕緣層,然后在兩個重摻雜的N+區上端用光刻的辦法刻蝕掉二氧化硅層,顯露N+區,最后在兩個N+區的表面以及它們之間的二氧化硅表面用蒸發或者濺射的辦法噴涂一層金屬膜,這三塊金屬膜構成了MOS管的三個電極,分別稱為源極(S)、柵極(G)和漏極(D)。MOSFET的特性可以用轉移特性曲線和漏極輸出特性曲線來表征。轉移特性是指在漏源之間的電壓UDS在某一固定值時,柵極電壓UGS與相對應的漏極電流ID之間的關系曲線。圖3是某種場效應管的轉移特性。

                            圖MOS管的漏極輸出特性場效應晶體管的輸出特性可以劃分為四個區域:可變電阻區、截止區、擊穿區和恒流區。 可變電阻區(UDS

                            在這個區域內,UDS增加時,ID線性增加。在導電溝道接近夾斷時,增長變緩。在低UDS分開夾斷電壓較大時,MOS管相當于一個電阻,此電阻隨著UGS的增大而減小。截止區(UGS

                            擊穿區在相當大的漏-源電壓UDS區域內,漏極電流近似為一個常數。當UDS加大道一定數值以后,漏極PN結發作擊穿,漏電流疾速增大,曲線上翹,進入擊穿區。飽和區(UDS>UGS-UT)在上述三個區域保衛的區域即為飽和區,也稱為恒流區或放大區。功率MOSFET應用在開關電源和逆變器等功率變換中,就是工作在截止區和擊穿區兩個區。

                            4 結構特性
                            圖中MOSFET的結構是不合適運用在大功率的場所,緣由是兩個方面的。一方面是結構上小功率MOSFET三個電極在一個平面上,溝道不能做得很短,溝道電阻大。另一方面是導電溝道是由表面感應電荷構成的,溝道電流是表面電流,要加大電流容量,就要加大芯片面積,這樣的結構要做到很大的電流可能性也很小。為了抑止MOSFET的載流才干太小和導通電阻大的難題,在大功率MOSFET中通常采用兩種技術,一種是將數百萬個小功率MOSFET單胞并聯起來,進步MOSFET的載流才干。另外一種技術就是對MOSFET的結構中止改進,采用一種垂直V型槽結構。圖3是V型槽MOSFET結構剖面圖。

                            圖3V型槽MOSFET結構剖面圖在該結構中,漏極是從芯片的背面引出,所以ID不是沿芯片水平方向活動,而是自重摻雜N區(源極S)動身,經過P溝道流入輕摻雜N漂移區,最后垂直向下抵達漏極D。電流方向如圖中箭頭所示,由于流通截面積增大,所以能經過大電流。在相同的電流密度下,體積也大大減少。


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