第九章-功率MOSFET结构介绍

第九章功率MOSFET结构介绍9.1横向双扩散MOSFET（LD-MOSFET）9.2垂直功率MOSFET（VVMOSFET）9.3垂直漏U-MOSFET（VU-MOSFET）9.4垂直双扩散MOSFET（VDMOSFET）9.5绝缘栅晶体管（IGBT）9.1横向双扩散MOSFET（LD-MOSFET）N沟LD-MOS结构示意图是平面工艺，双扩散或双离子注入法制作的MOS器件首先在N-硅片或N-外延层上进行P型硼扩散或硼注入，形成沟道。然后用磷扩散，或用磷、砷离子注入形成N+型的漏源区。并同时控制沟道的长度L。LD-MOSFET特点沟道的长度由两次扩散的横向结深之差决定，可以控制在1μm以下。特点：具有高增益、高跨导，频率响应特性好由于沟道长度缩小，使宽长比W/L增加，电流容量大。由于在漏区和沟道区间引入了承受电压的N-漂移区，所以击穿电压高它的各个极均从表面引出，便于集成时与其它元器件相连。缺点：管芯占用面积太大，硅片表面利用率不高，器件的频率特性也受到影响。9.2垂直功率MOSFET（VVMOSFET）VVMOSFET结构图为解决LDMOS的不足，推出VVMOS是一种非平面型的MOS器件。将漏区、漂移区和沟道区从硅片表面分别转移到硅片的底部和体内。对每个V形槽有两条沟道，因此管芯占用的硅片面积大大地缩小。这不仅大大地提高了硅片表面的利用率，而且器件的频率特性也得到了很大的提高。VVMOSFET的缺点在V槽的顶端存在很强的电场，这会严重地影响器件击穿电压的提高；器件导通电阻较大；V槽的腐蚀不容易控制，而且栅氧化层暴露，易受离子沾污，造成阈值电压不稳，可靠性下降。为克服上述缺点，推出U槽结构MOSFET9.3垂直漏U-MOSFET（VU-MOSFET）VU-MOSFET结构图具有VV-MOSFET的优点其平顶结构使漂移区中的电流能更好地展开，因而比V型结构具有更低的导通电阻，因而有利于增大电流容量，降低导通电阻。9.4垂直双扩散MOSFET（VDMOSFET）多晶硅栅被埋藏在源极金属的下面，源极电流穿过水平沟道，经过栅极下面的积累层，再通过N-漂移区到漏极。VDMOSFET优缺点优点：较好的克服了VVMOS和VUMOS的缺点；使器件耐压水平，可靠性和制造工艺水平前进了一步。缺点：导通电阻高，MOS管在开态时电阻上功率损耗将影响输出功率绝缘栅晶体管（IGBT）能很好地解决VDMOS导通电阻大的缺点，是目前普遍为人们接受的新型半导体功率器件。9.5绝缘栅晶体管（IGBT）与VDMOS十分相似，不同的是将N+衬底换成P+衬底。形成MOS栅控的P+NPN+四层可控硅结构寄生可控硅效应可通过短路发射结来消除。当该器件导通时，由于P+衬底向N-区发生电导调制效应，因而其导通电阻低，并且受N-区的电阻率和厚度影响小。IGBT结构及等效电路图IGBT的优缺点优点：导通电阻受N-区的电阻率和厚度影响小，可以适当选取N-区的电阻率和厚度，器件的耐压可以作得很高，又不明显增加导通电阻和管芯面积。缺点：引入少子存储效应，是器件的关断时间较长，开关速度受到影响；另外它的最大工作电流受到寄生晶闸管闭锁效应的限制。随堂作业比较几种功率MOSFET的优缺点。（横向双扩散MOSFET，垂直功率MOSFET，垂直漏U－MOSFET，垂直双扩散MOSFET，绝缘栅晶体管。)