高壓MOSFET原理與效能分析?

在功率半導體器件中,MOSFET以高速、低開關損耗、低驅動損耗在各種功率變換,特別是高頻功率變換中起著重要作用。在低壓領域,MOSFET沒有競爭對手,但隨著MOS的耐壓提高,導通電阻隨之以2.4-2.6次方增長,其增長速度使MOSFET製造者和應用者不得不以數十倍的幅度降低額定電流,以折中額定電流、導通電阻和成本之間的矛盾。即便如此,高壓MOSFET在額定結溫下的導通電阻產生的導通壓降仍居高不下,耐壓500V以上的MOSFET的額定結溫、額定電流條件下的導通電壓很高,耐壓800V以上的導通電壓高得驚人,導通損耗佔MOSFET總損耗的2/3-4/5,使應用受到極大限制。

3.1降低高壓MOSFET導通電阻的原理與方法  3.1.1不同耐壓的MOSFET的導通電阻分佈。不同耐壓的MOSFET,其導通電阻中各部分電阻比例分佈也不同。如耐壓30V的MOSFET,其外延層電阻僅為總導通電阻的29%,耐壓600V的MOSFET的外延層電阻則是總導通電阻的96.5%。由此可以推斷耐壓800V的MOSFET的導通電阻將幾乎被外延層電阻佔據。欲獲得高阻斷電壓,就必須採用高電阻率的外延層,並增厚。這就是常規高壓MOSFET結構所導致的高導通電阻的根本原因。  3.1.2降低高壓MOSFET導通電阻的思路。增加管芯面積雖能降低導通電阻,但成本的提高所付出的代價是商業品所不允許的。引入少數載流子導電雖能降低導通壓降,但付出的代價是開關速度的降低並出現拖尾電流,開關損耗增加,失去了MOSFET的高速的優點。  以上兩種辦法不能降低高壓MOSFET的導通電阻,所剩的思路就是如何將阻斷高電壓的低摻雜、高電阻率區域和導電通道的高摻雜、低電阻率分開解決。如除導通時低摻雜的高耐壓外延層對導通電阻只能起增大作用外並無其他用途。這樣,是否可以將導電通道以高摻雜較低電阻率實現,而在MOSFET關斷時,設法使這個通道以某種方式夾斷,使整個器件耐壓僅取決於低摻雜的N-外延層。基於這種思想,1988年INFINEON推出內建橫向電場耐壓為600V的COOLMOS,使這一想法得以實現。內建橫向電場的高壓MOSFET的剖面結構及高阻斷電壓低導通電阻。

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