超結(jié)MOS管，MOS管-MOS管與超結(jié)MOS管的區(qū)別及超結(jié)MOS管應(yīng)用領(lǐng)域介紹-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-07-18
1：關(guān)端狀態(tài)
垂直導(dǎo)電N+區(qū)夾在兩邊的P區(qū)中間，當(dāng)MOS關(guān)斷時(shí)，也就是G極的電壓為0時(shí)，橫向形成兩個(gè)反向偏置的PN結(jié)：P和垂直導(dǎo)電N+、P+和外延epi層N-。柵極下面的的P區(qū)不能形成反型層產(chǎn)生導(dǎo)電溝道，左邊P和中間垂直導(dǎo)電N+形成PN結(jié)反向偏置，右邊P和中間垂直導(dǎo)電N+形成PN結(jié)反向偏置，PN結(jié)耗盡層增大，并建立橫向水平電場(chǎng)。
當(dāng)中間的N+的滲雜濃度和寬度控制得合適，就可以將中間的N+完全耗盡，這樣在中間的N+就沒(méi)有自由電荷，相當(dāng)于本征半導(dǎo)體，中間的橫向電場(chǎng)極高，只有外部電壓大于內(nèi)部的橫向電場(chǎng)，才能將此區(qū)域擊穿，所以，這個(gè)區(qū)域的耐壓極高，遠(yuǎn)大于外延層的耐壓，功率MOSFET管的耐壓主要由外延層來(lái)決定。
2：開(kāi)通狀態(tài)
當(dāng)G極加上驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，在G極的表面將積累正電荷，同時(shí)，吸引P區(qū)的電子到表面，將P區(qū)表面空穴中和，在柵極下面形成耗盡層，如圖5示。隨著G極的電壓提高，柵極表面正電荷增強(qiáng)，進(jìn)一步吸引P區(qū)電子到表面，這樣，在G極下面的P型的溝道區(qū)中，積累負(fù)電荷，形成N型的反型層，同時(shí)，由于更多負(fù)電荷在P型表面積累，一些負(fù)電荷將擴(kuò)散進(jìn)入原來(lái)完全耗盡的垂直的 N+，橫向的耗盡層越來(lái)越減小，橫向的電場(chǎng)也越來(lái)越小。G極的電壓進(jìn)一步提高，P區(qū)更寬范圍形成N型的反型層，最后，N+區(qū)域回到原來(lái)的高滲雜的狀態(tài)，這樣，就形成的低導(dǎo)通電阻的電流路徑。另外還有一種介于平面和超結(jié)型結(jié)構(gòu)中間的類(lèi)型，是AOS開(kāi)發(fā)的一種專(zhuān)利結(jié)構(gòu)，雖然電流密度低于超結(jié)型，但抗大電流沖擊能力非常優(yōu)異。
1、不同耐壓的MOS管的導(dǎo)通電阻分布。不同耐壓的MOS管，其導(dǎo)通電阻中各部分電阻比例分布也不同。如耐壓30V的MOS管，其外延層電阻僅為總導(dǎo)通電阻的29%，耐壓600V的MOS管的外延層電阻則是總導(dǎo)通電阻的96.5%。由此可以推斷耐壓800V的MOS管的導(dǎo)通電阻將幾乎被外延層電阻占據(jù)。欲獲得高阻斷電壓，就必須采用高電阻率的外延層，并增厚。這就是常規(guī)高壓MOS管結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的高導(dǎo)通電阻的根本原因。
2、降低高壓MOS管導(dǎo)通電阻的思路。增加管芯面積雖能降低導(dǎo)通電阻，但成本的提高所付出的代價(jià)是商業(yè)品所不允許的。引入少數(shù)載流以上兩種辦法不能降低高壓MOS管的導(dǎo)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(qū)域和導(dǎo)電通道的高摻雜、低電阻率分開(kāi)解決。如除導(dǎo)通時(shí)低摻雜的高耐壓外延層對(duì)導(dǎo)通電阻只能起增大作用外并無(wú)其他用途。這樣，是否可以將導(dǎo)電通道以高摻雜較低電阻率實(shí)現(xiàn)，而在MOS管關(guān)斷時(shí)，設(shè)法使這個(gè)通道以某種方式夾斷，使整個(gè)器件耐壓僅取決于低摻雜的N-外延層?；谶@種思想，1988年INFINEON推出內(nèi)建橫向電場(chǎng)耐壓為600V的COOLMOS管，使這一想法得以實(shí)現(xiàn)。內(nèi)建橫向電場(chǎng)的高壓MOS管的剖面結(jié)構(gòu)及高阻斷電壓低導(dǎo)通電阻的示意圖如圖所示。
與常規(guī)MOS管結(jié)構(gòu)不同，內(nèi)建橫向電場(chǎng)的MOS管嵌入垂直P(pán)區(qū)將垂直導(dǎo)電區(qū)域的N區(qū)夾在中間，使MOS管關(guān)斷時(shí)，垂直的P與N之間建立橫向電場(chǎng)，并且垂直導(dǎo)電區(qū)域的N摻雜濃度高于其外延區(qū)N-的摻雜濃度。
VGS＜VTH時(shí)，由于被電場(chǎng)反型而產(chǎn)生的N型導(dǎo)電溝道不能形成，并且D，S間加正電壓，使MOS管內(nèi)部PN結(jié)反偏形成耗盡層，并將垂直導(dǎo)電的N區(qū)耗盡。這個(gè)耗盡層具有縱向高阻斷電壓，如圖（b）所示，這時(shí)器件的耐壓取決于P與N-的耐壓。因此N-的低摻雜、高電阻率是必需的。
當(dāng)CGS＞VTH時(shí)，被電場(chǎng)反型而產(chǎn)生的N型導(dǎo)電溝道形成。源極區(qū)的電子通過(guò)導(dǎo)電溝道進(jìn)入被耗盡的垂直的N區(qū)中和正電荷，從而恢復(fù)被耗盡的N型特性，因此導(dǎo)電溝道形成。由于垂直N區(qū)具有較低的電阻率，因而導(dǎo)通電阻較常規(guī)MOS管將明顯降低。
通過(guò)以上分析可以看到：阻斷電壓與導(dǎo)通電阻分別在不同的功能區(qū)域。將阻斷電壓與導(dǎo)通電阻功能分開(kāi)，解決了阻斷電壓與導(dǎo)通電阻的矛盾，同時(shí)也將阻斷時(shí)的表面PN結(jié)轉(zhuǎn)化為掩埋PN結(jié)，在相同的N-摻雜濃度時(shí)，阻斷電壓還可進(jìn)一步提高。
這些就是常規(guī)MOS管和COOLMOS管即本公司超結(jié)MOS管的不同之處，這里我也不過(guò)多的說(shuō)超結(jié)MOS管有多好了，因?yàn)檫@兩種MOS管的用途不一樣，可以說(shuō)是各有千秋啦，尺有所短寸有所長(zhǎng)嘛。
我們公司設(shè)計(jì)的超結(jié)MOS管是用先進(jìn)的耐壓原理和有話的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，全新600V-900V系列產(chǎn)品為系統(tǒng)應(yīng)用提供充足的耐壓余量，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度，提高系統(tǒng)可靠性。滿足客戶(hù)對(duì)高耐壓、低導(dǎo)通電阻和高效率超結(jié)MOS管的需求。
我們公司超結(jié)MOS管的主要特點(diǎn)是:
1：更耐壓偉系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用提宮更充足余量
2：更低的導(dǎo)通電壓，利于降低導(dǎo)通損耗
3：極低的柵極電荷，提供更快的開(kāi)關(guān)速度
4：同規(guī)格下更小的封裝體積，使系統(tǒng)更輕便
5：雪崩能力測(cè)試，確保產(chǎn)品質(zhì)量可靠
MOS管的工作原理(以N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管)它是利用VGS來(lái)控制“感應(yīng)電荷”的多少，以改變由這些“感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，然后達(dá)到控制漏極電流的目的。在制造管子時(shí)，通過(guò)工藝使絕緣層中出現(xiàn)大量正離子，故在交界面的另一側(cè)能感應(yīng)出較多的負(fù)電荷，這些負(fù)電荷把高滲雜質(zhì)的N區(qū)接通，形成了導(dǎo)電溝道，即使在VGS=0時(shí)也有較大的漏極電流ID。當(dāng)柵極電壓改變時(shí)，溝道內(nèi)被感應(yīng)的電荷量也改變，導(dǎo)電溝道的寬窄也隨之而變，因而漏極電流ID隨著柵極電壓的變化而變化。（插圖）
MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET)，能夠被制形成加強(qiáng)型或耗盡型，P溝道或N溝道共4品種型，但實(shí)踐應(yīng)用的只要加強(qiáng)型的N溝道MOS管和加強(qiáng)型的P溝道MOS管，所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是這兩種。至于為什么不運(yùn)用耗盡型的MOS管，不提倡尋根究底。關(guān)于這兩種加強(qiáng)型MOS管，比擬常用的是NMOS.緣由是導(dǎo)通電阻小，且容易制造。所以開(kāi)關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中，普通都用NMOS下面的引見(jiàn)中，也多以NMOS為主。
MOS管的三個(gè)管腳之間有寄生電容存在，這不是我們需求的，而是由于制造工藝限制產(chǎn)生的。寄生電容的存在使得在設(shè)計(jì)或選擇驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)分要費(fèi)事一些，但沒(méi)有方法防止，后邊再細(xì)致引見(jiàn)。在MOS管原理圖上能夠看到，漏極和源極之間有一個(gè)寄生二極管。這個(gè)叫體二極管，在驅(qū)動(dòng)理性負(fù)載(如馬達(dá))，這個(gè)二極管很重要。順便說(shuō)一句，體二極管只在單個(gè)的MOS管中存在，在集成電路芯片內(nèi)部通常是沒(méi)有的。
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