本篇我們將介紹功率MOSFET的結構與特性。由於功率MOSFET主要作為多數載子元件運作，它們不受少數載子影響，這與依賴少數載子的元件（如雙極性晶體管）形成對比，後者在設計上可能會遇到更多問題。此外，功率MOSFET的輸入阻抗通常遠高於結型FET。雖然功率MOSFET在速度上表現優異，但在初期開發階段，人們認為要實現低導通電阻、高擊穿電壓和高功率是困難的。然而，近年來在這些方面取得了顯著進展。隨著平面閘極雙擴散結構的普及，以及溝槽閘極和超接面（SJ）結構的發展，新一代功率MOSFET在速度、導通電阻和擊穿電壓方面都有了顯著提升。如今，功率MOSFET已廣泛應用於商業、工業、汽車等領域作為開關元件。 而功率MOSFET可以根據其閘極和漂移結構進行大致分類。圖1. 展示了當前使用的三種常見結構。圖1.(a)展示了雙擴散MOS（D-MOS）結構。在D-MOS元件的製造中，通道是通過雙擴散過程形成的，以提供高耐壓。D-MOS製程非常適合提高元件密度，從而實現具有低導通電阻和低功率損耗的高性能功率MOSFET。圖1.(b)展示了溝槽閘極結構。溝槽閘極製程通過形成U型溝槽的垂直閘極通道來增加裝置密度，進而降低導通電阻。這種結構被用於製造相對低電壓的功率MOSFET。圖1.(c)展示了超級結（SJ）結構。這種結構具有由交替的p型和n型半導體層組成的漂移區，克服了垂直矽製程的固有限制，與傳統功率MOSFET相比，具有極低的導通電阻。超級結製程在改善VDSS（最大漏電源電壓）和Ron∙A（每個特定區域的標準化導通電阻）之間的權衡方面提供了顯著優勢，因此有助於大幅減少導通損耗。
圖1: Power MOSFET Structures(註1:Power MOSFET Structure and Characteristics) 下表則為TOSHIBA Power MOSFET特性的比較,提供給客戶參考，如表1.所示。
表1. Comparison of TOSHIBA Power MOSFETs (註1:Power MOSFET Structure and Characteristics) 以下是功率MOSFET的一些通用特點： (1) MOSFET基本上是多數載子設備，其工作原理與雙極型電晶體的少數載子設備不同。 (2) 雙極電晶體是電流控制設備，而MOSFET是電壓控制設備，由閘極-源極電壓控制。 (3) 由於MOSFET是多數載子設備，它們不受載子儲存效應的影響，這使得它們能夠進行高頻開關。 (4) 在雙極電晶體中，電流集中在高電壓區域，容易因次級擊穿而損壞。相較之下，功率MOSFET對次級擊穿的抵抗力更強，更穩固。但是，最新的MOSFET設備的電氣特性應仔細檢查，因為某些設備可能容易發生次級擊穿。 (5) 功率MOSFET具有正的導通電阻溫度係數，在進行熱設計時，應考慮高溫下的RDS(ON)值。 我們將雙極功率電晶體與功率MOSFET進行比較，比較表如表1. 所示提供給各位參考。
表1.Comparison of Bipolar Power Transistors and Power MOSFETs (註1:Power MOSFET Structure and Characteristics) 以上就是TOSHIBA Power MOSFET的結構與特性的介紹,下一篇我們將會再介紹TOSHIBA 第三代半導體Sic device的介紹。 |
