纷歧样的开关丨MOS管的差别工艺和特征
2024-04-01 16:47
上篇文章为各人解说了MOS管的事情原理,也起源展示了MOS管的结构;现在天的主题是MOS管的差别工艺和特征,本文会形貌市面上常见几种工艺:VDMOS(笔直导电双扩散型场效应晶体管)、Trench MOSFET(沟槽型)、SGT MOSFET(屏障栅沟槽)和 SJ MOSFET(超结)。
MOSFET的最常见也是最典范的平面栅结构包括以下几个主要部分:

图1
栅极(Gate):它是MOSFET的控制元件,用于控制沟道的开启和关闭,对应管脚一个。
源极(Source):它是MOSFET的输入端电子的泉源,对应管脚一个。
漏极(Drain):它是电子的流出口,对应管脚一个。
衬底(Substrate):衬底是MOSFET的底层质料,它为MOSFET的导电通道提供载流子。
氧化物绝缘层(Oxide Insulator):通常是SiO2,置于源漏区与栅极之间,用来绝缘。
1.笔直导电双扩散型场效应晶体管(VDMOS)
在VDMOS结构中,漏端和源端、栅端不在统一平面(图2)。

VDMOS结构中沟道是笔直的,而栅极是平面的。这种设计具有以下优点:
·更高的耐压能力:笔直沟道可以遭受更高的电压,从而提高了MOSFET的耐压能力。
·更小的面积:笔直沟道使MOSFET的面积更小,制品的封装体积能够做到更小。
·更低的寄生电容:笔直沟道可以使MOSFET的栅极金属面积更小,寄生电容更低,从而提高了开关速率。
2.Trench mos(沟槽型)
沟槽型MOS的栅极是向内挖出一个槽,然后在这个槽内里填入氧化硅,这个工序叫做栅极氧化。

图3
清静面栅的MOSFET相比,沟槽栅MOSFET通过构建沟槽结构,穿过了P型基区的最下端,形成的沟道位于N+源极与N漂移区之间,消除了JFET区域,也消除了JFET电阻,因此总的特征电阻相比平面栅结构大大降低。
3.SGT MOS(屏障栅沟槽)
SGT-MOS是对Trench MOS的一种改良结构,通常适用于中低压场景(如图4)。较古板Trench MOSFET,SGT-MOSFET在栅电极下方增添了一块多晶硅电极,即屏障电极或称耦合电极。屏障电极与源电极相连,即实现了屏障栅极与漂移区的作用,减小了米勒电容,器件的开关速率得以加速,同时又实现了电荷耦合效应,减小了漂移区临界电场强度,器件的导通电阻得以减小,开关消耗能够更低。

图4
4.SJ MOS(超结)
在功率MOS方面,相关于通例 VDMOS器件结构, RDS(on)与BVSS保存矛盾关系,要想提高BVSS,一样平常都是从减小EPI掺杂浓度着手(Epi掺杂是指在品圆外貌沉积一层掺杂质料,以改变晶圆的导电性能。通过控制掺杂质料的种类和浓度,可以实现对品圆电性能的准确调控),可是外延层又是正向电流流通的通道,EPI 掺杂浓度减小了,电阻一定变大,RDS(on)增大。不然就需要增大芯片面积,增大封装形状,增添大宗成产本钱。以是关于通俗 VDMOS,两者之间的矛盾不可协调。
接纳超结(Super Junction,简称SJ)工艺的高压功率MOSFET,是通过设置一个深入EPI层的P柱区,通过提高电撒播导区的掺杂浓度,显著降低单位面积导通电阻,但同时又不使耐压受到影响,从而使其成为具有高耐压和低电阻特征的一种新型器件,结构图见图5。特殊的超结结构让高压超结MOSFET的内阻在同样面积情形下降低到古板平面MOSFET的1/5,开关消耗因此减为通俗的VDMOSFET的1/2。
与古板的功率 MOSFET相比,SJ-MOSFET具有传导消耗低、电流驱动能力大、栅极电荷低、开启电压低、开关速率快等优点。

图5
5.总结
综上所述,种种工艺的MOS管优弱点如下:
VDMOS
优点:耐压高、同规格能做到更小的面积、寄生电容低。
弱点:导通电阻大、泄电流较大。
Trench MOS
优点:导通电阻小、寄生电容小,开关性能优异。
弱点:无法耐高压,常用于100V以下的低压领域,抗攻击能力弱。
SGT MOS
优点:米勒电容小、开关消耗低、导通消耗低,常用于中低压领域(200V左右)。
弱点:工艺重大造价较高。
SJ MOS
优点:内阻小、栅极电荷小、开关速率快、常用于高压领域(600-800V)。
弱点:抗浪涌能力较弱。
以上工艺的MOS威廉希尔官网地址代理的产线均涵盖在内,如华羿微、LRC、新洁能、扬杰、ROHM、东芝,列位可按需推荐。
篇幅有限,MOS管的种种改良和衍生的工艺尚有许多,本文暂时只先容较为主流的几种,若有差别意见,期待谈论区相同!
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