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VMOSFET內部結構及原理

admin @ 2014-03-19 , reply:0

概述

VMOSFET內部結構及原理 VMOSFET內部結構及原理MOS器件在剛開始階段一直用於小功率電路,自從VMOS技術被移植到MOS功率器件后,使得半導體功率器件得到很大突破:MOSFET雖然……
VMOSFET內部結構及原理
 VMOSFET內部結構及原理

MOS 器件在剛開始階段一直用於小功率電路,自從 VMOS 技術被移植到 MOS 功率器件后,使得半導體功率器件得到很大突破: MOSFET 雖然漏極電流可達到數安培,漏源電壓也可達到 IOOV 以上,但由於漏源導通電阻大、頻率特性差、矽片面積利用率低等缺點,使得 MOSFET 在功率上有很大限制。 VMOSFET 保留了 MOSFET 的全部優點,而且具有短溝道、高電阻漏極漂移區和垂直導電電路等特點,大大提高了器件的耐壓能力、電流處理能力和開關速度,使 MOS 器件從小功率範圍跨進大功率器件行列。現在為止, VMOSFET 的耐壓水平已經提高到 I000V 以上,電流處理能力能達到幾百安培。 VMOSFET 具有 VVMOS 、 VDMOS 兩種結構:



上圖畫出了 VVMOS 管的結構示意圖,這種結構是在 N +襯底的 N 一外延層上,先後進行 P 型區 N +型區兩次擴散,然後利用晶體硅的各向異性刻蝕技術,造出 V 型槽。槽的開口深度由開口寬度決定,槽壁與硅平面成 54.70 度角。溝道長度由擴散的深度差決定,在 1 一 2 微米之間。漏極從晶元的背面引出。這種結構第一次改變了 MOSFET 的電流方向,電流不在是沿表面水平方向流動,而是從 N +源極出發,經過與表面成 54 . 7 度的溝道流到 N 一漂移區,然後垂直地流動到漏極。


VDMOS 結構介紹:



上圖簡單畫出了 VDMOS 管的結構示意, VDMOS 管主要應用在大功率場合。 VDMOS 的意思是垂直導電雙擴散結構,與 VVMOS 管不同,它不利用 V 型導電槽構成導電溝道,而是利用兩次擴散形成的 P 型區和 N +型區,在矽片表面處的結深度之差形成導電溝道。電流在溝道內沿表面流動,然後垂直地被漏極接收。 VDMOS 是 MOS 管大功率化邁出的一大步。

vDMos 管的襯底是重攙雜單晶矽片,其上外延生長一個高阻 N 一型層[最終成為漂移區,該層電阻率以及外延厚度決定了器件的耐壓水平]

,在 N-外延上經過 P 型和 N 型的兩次擴散,形成 N+_N-_P_N+結構。如果在 P 型區做金屬歐姆接觸電極,就構成了雙極型 NPN 晶體管,實際上, P 區並不直接引出電極,而是形成一個 MOS 柵結構。若電流 Id 從N+漏極沿圖中的虛線經過N-區流向N+源極時,間隔著一個 P 型體區,由兩次擴散形成的結深度差形成溝道。柵極為零偏壓時, Id 被 P 型體區阻隔,漏源之間的電壓 VdS 加在 P_N-反向結上,整個器件處於阻斷狀態。當柵極正偏壓超過閩值電壓 Vt 時,溝道由 P 型變成 N+區型,這個反型的溝道成為了 Id 的電流通道,整個器件又處於導通狀態。它依靠 N+型溝道來導電,所以稱之為 N 溝道 VDMOS 管。若將各個半導體層型全部更換稱反型,就得到 P 溝道 VDMOS 管。因為電子的遷移率比空穴高三倍左右,從而減小導通電阻或增加導通電流,或減小硅面積都常用 N 溝道工藝。若需要 P 溝道器件時,成本價格都會比較局。



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