半导体器件与物理课件九

上海电子信息职业技术学院半导体器件物理第九章MOS功率场效应晶体管上海电子信息职业技术学院半导体器件物理第9章MOS功率场效应晶体管9.1用作功率放大和开关的MOS功率场效应晶体管9.2MOS功率场效应晶体管的结构9.3DMOS晶体管的击穿电压9.4DMOS晶体管的二次击穿9.5温度对MOS晶体管特性的影响9.6习题上海电子信息职业技术学院半导体器件物理第九章MOS功率场效应晶体管上海电子信息职业技术学院半导体器件物理●——本章重点用作功放及开关的MOS功率场效应管的特性构成MOS功率场效应晶体管的各种结构DMOS晶体管的二次击穿和温度对MOS晶体管特性的影响上海电子信息职业技术学院半导体器件物理第九章MOS功率场效应晶体管上海电子信息职业技术学院半导体器件物理9.1用作功率放大和开关的MOS功率场效应管（略）9.2MOS功率FET的结构MOS功率FET具有两种基本结构：二维结构和三维结构。二维横向器件与常规的MOS晶体管基本相似，只是多有一个延伸的高电阻漏区，这种结构特点有助于提高器件的高压性能。在三维器件中，则具有一个纵向的延伸漏区，通常称之为漂移区，漏电极位于片子的底部。这种三维结构可以提高硅片的利用率。上海电子信息职业技术学院半导体器件物理第九章MOS功率场效应晶体管上海电子信息职业技术学院半导体器件物理二维横向结构补偿栅MOS晶体管（略）三维结构横向DMOS晶体管（LDMOST）具有纵向漏极的补偿栅MOS晶体管（略）具有纵向漏的DMOS晶体管（VDMOST）纵向V型槽MOS晶体管（VVMOS）（略）截角V型槽MOS晶体管（VUMOST）（略）上海电子信息职业技术学院半导体器件物理第九章MOS功率场效应晶体管上海电子信息职业技术学院半导体器件物理DMOS的名称由制造技术中的双重扩散工艺而得来，它的主要目的是为了克服短沟道和穿通电压的矛盾。众所周知，减小沟道长度是提高管子频率特性，获得高跨导和大增益的重要途径，但是如果沟道长度太小，容易引起漏源之间的穿通，即降低了漏结击穿电压。上海电子信息职业技术学院半导体器件物理第九章MOS功率场效应晶体管上海电子信息职业技术学院半导体器件物理横向DMOS晶体管（LDMOST）上海电子信息职业技术学院半导体器件物理第九章MOS功率场效应晶体管上海电子信息职业技术学院半导体器件物理图中用P－半导体硅作为衬底材料，然后在其上面外延N－区，P和N＋双重扩散形成长度为L的P型沟道区，L的值是P区与N+区结深之差，它是易于控制的。N+漏区与沟道之间存在着N-外延区，它使P-N－的耗尽区大部分存在于N－区一边，从而有效地阻止了穿通效应的发生。L’可以做得足够长，以达到击穿电压的要求。缺点：硅面积的利用率较差，其封装密度均比下面讨论的纵向漏结构小。上海电子信息职业技术学院半导体器件物理第九章MOS功率场效应晶体管上海电子信息职业技术学院半导体器件物理具有纵向漏的DMOS晶体管（VDMOST）上海电子信息职业技术学院半导体器件物理第九章MOS功率场效应晶体管上海电子信息职业技术学院半导体器件物理9.3DMOS晶体管的击穿电压雪崩击穿穿通电压9.4DMOS晶体管的二次击穿MOS功率晶体管广泛地应用在诸如倒相器、电流调节器等高压开关电路中。当器件从导通态转为截止态时，在很短的时间间隔内管子同时承受满电流及满漏极电压。这一额外的功率往往会导致二次击穿。上海电子信息职业技术学院半导体器件物理第九章MOS功率场效应晶体管上海电子信息职业技术学院半导体器件物理练习P1502，5，7上海电子信息职业技术学院半导体器件物理第九章MOS功率场效应晶体管上海电子信息职业技术学院半导体器件物理二次击穿电压AsDSsScrSBRNqvJvV2vs：载流子漂移速度NA：受主杂质浓度εcr：临界电场强度（通常取为105V/cm）上海电子信息职业技术学院半导体器件物理第九章MOS功率场效应晶体管上海电子信息职业技术学院半导体器件物理提高MOS晶体管承受二次击穿的能力，可采取下列预防措施：通过缩短源和体电极来降低寄生晶体管的增益；采用可接受的较高P区掺杂浓度；在满足跨导及频率要求的前提下，沟道长度L尽可能长些。若这些措施仍不能避免二次击穿，那么可以引入合适的漏极电压箝位器件来加以保护。上海电子信息职业技术学院半导体器件物理第九章MOS功率场效应晶体管上海电子信息职业技术学院半导体器件物理9.5温度对MOS晶体管特性的影响温度对载流子迁移率的影响随着温度的升高，沟道中载流子的有效迁移率将减小，这是因为当温度升高时各种散射机理均加剧的缘故。在温度范围为-55℃~125℃内，电子及空穴的迁移率与温度的关系可表示为1T当温度超过125℃时，迁移率随温度的变化更加明显，遵从以下关系23T23T上海电子信息职业技术学院半导体器件物理第九章MOS功率场效应晶体管上海电子信息职业技术学院半导体器件物理温度对阈值电压的影响阈值电压随温度升高而下降，且重掺杂器件的这种变化比轻掺杂器件更为灵敏。温度对漏－源电流、跨导及导通电阻的影响（略）上海电子信息职业技术学院半导体器件物理第九章MOS功率场效应晶体管上海电子信息职业技术学院半导体器件物理练习P15011，12