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三分钟读懂超级结MOSFET

导读: 在超级结MOSFET出现之前,高压器件的主要设计平台是基于平面技术。这个时候,有心急的网友就该问了,超级结究竟是何种技术,区别于平面技术,它的优势在哪里?各位客官莫急,看完这篇文章你就懂了!

基于超级结技术的功率MOSFET已成为高压开关转换器领域的业界规范。它们提供更低的RDS(on),同时具有更少的栅极和和输出电荷,这有助于在任意给定频率下保持更高的效率。在超级结MOSFET出现之前,高压器件的主要设计平台是基于平面技术。这个时候,有心急的网友就该问了,超级结究竟是何种技术,区别于平面技术,它的优势在哪里?各位客官莫急,看完这篇文章你就懂了!

平面式高压MOSFET的结构

图1显示了一种传统平面式高压MOSFET的简单结构。平面式MOSFET通常具有高单位芯片面积漏源导通电阻,并伴随相对更高的漏源电阻。使用高单元密度和大管芯尺寸可实现较低的RDS(on)值。但大单元密度和管芯尺寸还伴随高栅极和输出电荷,这会增加开关损耗和成本。另外还存在对于总硅片电阻能够达到多低的限制。器件的总RDS(on)可表示为通道、epi和衬底三个分量之和:

RDS(on) = Rch + Repi + Rsub

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图1:传统平面式MOSFET结构

图2显示平面式MOSFET情况下构成RDS(on) 的各个分量。对于低压MOSFET,三个分量是相似的。但随着额定电压增加,外延层需要更厚和更轻掺杂,以阻断高压。额定电压每增加一倍,维持相同的RDS(on)所需的面积就增加为原来的五倍以上。对于额定电压为600V的MOSFET,超过95%的电阻来自外延层。显然,要想显著减小RDS(on)的值,就需要找到一种对漂移区进行重掺杂的方法,并大幅减小epi电阻。

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图2:平面式MOSFET的电阻性元件

通常,高压的功率MOSFET采用平面型结构,其中,厚的低掺杂的N-的外延层,即epi层,用来保证具有足够的击穿电压,低掺杂的N-的epi层的尺寸越厚,耐压的额定值越大,但是其导通电阻也急剧的增大。导通电阻随电压以2.4-2.6次方增长,这样,就降低的电流的额定值。为了得到一定的导通电阻值,就必须增大硅片的面积,成本随之增加。如果类似于IGBT引入少数载流子导电,可以降低导通压降,但是少数载流子的引入会降低工作的开关频率,并产生关断的电流拖尾,从而增加开关损耗。

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