V-FET或功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOS管）工作原理知識(shí)詳解

V-FET或功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOS管）知識(shí)

功率MOS管通常采用V型配置，如圖所示。這就是為什么該元器件有時(shí)被稱為V-MOS管或V-FET。

功率MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管也分為結(jié)型和絕緣柵型，但通常主要指絕緣柵型中的MOS型。結(jié)型功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管（Static Induction Transistor——SIT）。其特點(diǎn)是用柵極電壓來(lái)控制漏極電流，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小，開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高，熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR，但其電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過(guò)10kW的電力電子裝置。

功率MOS管工作原理

功率MOS管通常采用V型配置，如圖所示。這就是為什么該器件有時(shí)被稱為V-MOS管或V-FET。如圖所示，V形切口從器件表面穿N +，P和N~層幾乎滲透到N +襯底。N +層是重?fù)诫s的低電阻材料，而N +層是輕摻雜的高電阻區(qū)域。二氧化硅介電層覆蓋水平表面和V形切割表面。絕緣柵極是在V形切口中沉積在SiO 2上的金屬膜。源極端子通過(guò)SiO 2層與上N +和P- 層接觸。N +襯底是器件的漏極端子。

V-MOS管是一個(gè)E模式FET，漏極和源極之間不存在溝道，直到柵極相對(duì)于源極為正。為使柵極相對(duì)于源極為正，在柵極附近形成N型溝道，與E-MOS管的情況一樣。在這種情況下，N型溝道為電荷載流子在N +襯底（即漏極）和N +源極端子之間流動(dòng)提供垂直路徑。當(dāng)V GS為零或負(fù)時(shí)，不存在通道且漏極電流為零。

增強(qiáng)型N溝道功率場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和傳輸特性與E-MOS管類似，如圖2和3所示。隨著柵極電壓的增加，溝道電阻減小，因此漏極電I D增加。因此，可以通過(guò)柵極電壓控制來(lái)控制漏極電流I D，使得對(duì)于給定的V GS電平，I D在寬的V DS電平范圍內(nèi)保持相當(dāng)恒定。

對(duì)于任何給定尺寸的器件，位于V-場(chǎng)效應(yīng)管底部（而不是頂部表面）的漏極端子可以具有相當(dāng)大的面積。與在表面具有漏極和源極的場(chǎng)效應(yīng)管相比，這允許更大的功耗。

在功率或V-MOS管中，溝道長(zhǎng)度由擴(kuò)散過(guò)程決定，而在其他MOS管中，溝道長(zhǎng)度取決于擴(kuò)散過(guò)程中使用的攝影掩模的尺寸。通過(guò)控制摻雜密度和擴(kuò)散時(shí)間，可以產(chǎn)生比通道長(zhǎng)度的掩�？刂聘痰耐ǖ�。這些較短的通道允許更大的電流密度，這再次導(dǎo)致更大的功率耗散。較短的溝道長(zhǎng)度還允許在V-FET中獲得更大的跨導(dǎo)g m，并且非常顯著地改善了頻率響應(yīng)和器件切換時(shí)間。

功率MOS管的幾何結(jié)構(gòu)中的另一個(gè)非常重要的因素是存在靠近N +襯底的輕摻雜N -外延層。當(dāng)V GS為零或負(fù)并且漏極相對(duì)于源極為正時(shí)，P層和N~層之間的結(jié)被反向偏置。結(jié)處的耗盡區(qū)深入N層，因此避免了從漏極到源極的穿通。因此可以應(yīng)用相對(duì)較高的V DS而沒(méi)有任何設(shè)備故障的危險(xiǎn)。

還提供P溝道V-MOS管。它們的特性與N溝道MOS管類似，只是電流方向和電壓極性相反。