V-FET或功率場效應管(MOS管)知識分享

功率MOS管工作原理

功率MOS管-N通道

功率MOS管通常采用V型配置，如圖所示。這就是為什么該器件有時被稱為V-MOS管或V-FET。如圖所示，V形切口從器件表面穿N +，P和N~層幾乎滲透到N +襯底。N +層是重摻雜的低電阻材料，而N +層是輕摻雜的高電阻區域。二氧化硅介電層覆蓋水平表面和V形切割表面。絕緣柵極是在V形切口中沉積在SiO 2上的金屬膜。源極端子通過SiO 2層與上N +和P- 層接觸。N +襯底是器件的漏極端子。

V-MOS管是一個E模式FET，漏極和源極之間不存在溝道，直到柵極相對于源極為正。為使柵極相對于源極為正，在柵極附近形成N型溝道，與E-MOS管的情況一樣。在這種情況下，N型溝道為電荷載流子在N +襯底（即漏極）和N +源極端子之間流動提供垂直路徑。當V GS為零或負時，不存在通道且漏極電流為零。

增強型N溝道功率場效應管的漏極和傳輸特性與E-MOS管類似，如圖2和3所示。隨著柵極電壓的增加，溝道電阻減小，因此漏極電I D增加。因此，可以通過柵極電壓控制來控制漏極電流I D，使得對于給定的V GS電平，I D在寬的V DS電平范圍內保持相當恒定。

對于任何給定尺寸的器件，位于V-場效應管底部（而不是頂部表面）的漏極端子可以具有相當大的面積。與在表面具有漏極和源極的場效應管相比，這允許更大的功耗。

在功率或V-MOS管中，溝道長度由擴散過程決定，而在其他MOS管中，溝道長度取決于擴散過程中使用的攝影掩模的尺寸。通過控制摻雜密度和擴散時間，可以產生比通道長度的掩模控制更短的通道。這些較短的通道允許更大的電流密度，這再次導致更大的功率耗散。較短的溝道長度還允許在V-FET中獲得更大的跨導g m，并且非常顯著地改善了頻率響應和器件切換時間。

功率MOS管的幾何結構中的另一個非常重要的因素是存在靠近N +襯底的輕摻雜N -外延層。當V GS為零或負并且漏極相對于源極為正時，P層和N~層之間的結被反向偏置。結處的耗盡區深入N層，因此避免了從漏極到源極的穿通。因此可以應用相對較高的V DS而沒有任何設備故障的危險。

還提供P溝道V-MOS管。它們的特性與N溝道MOS管類似，只是電流方向和電壓極性相反。

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