功率器件简要介绍

一 功率半导体简介功率半导体器件种类很多，器件不同特性决定了它们不同的应用范围，常用半导体器件的特性如下三图所示。目前来说，最常用的功率半导体器件为功率 MOSFET 和 IGBT。总的来说，MOSFET 的输出功率小，工作频率高，但由于它导通电阻大的缘故，功耗也大。但它的功耗随工作频率增加幅度变化很小，故 MOSFET 更适合于高频场合，主要应用于计算机、消费电子、网络通信、汽车电子、工业控制和电力设备领域。IGBT 的输出功率一般10KW~1000KW 之间，低频时功耗小，但随着工作频率的增加，开关损耗急剧上升，使得它的工作频率不可能高于功率 MOSFET，IGBT 主要应用于通信、工业、医疗、家电、照明、交通、新能源、半导体生产设备、航空航天以及国防等领域。图 1.1 功率半导体器件的工作频率范围及其功率控制容量图 1.2 功率半导体器件工作频率及电压范围图 1.3 功率半导体器件工作频率及电流范围二 不同结构的功率 MOSFET 特性介绍功率 MOSFET 的优点主要有驱动功率小、驱动电路简单、开关速度快、工作频率高，随着工艺的日渐成熟、制造成本越来越低，功率 MOSFET 应用范围越来越广泛。我们下面主要介绍一些不同结构的 MOSFET 的特性。VVMOSFET图 2.1 VVMOS 结构示意图VVMOS 采用各向异性腐蚀在硅表面制作 V 形槽，V 形槽穿透 P 与 N+连续扩散的表面，槽的角度由硅的晶体结构决定，而器件沟道长度取决于连续扩散的深度。在这种结构中，表面沟道由 V 形槽中的栅电压控制，电子从表面沟道出来后乡下流到漏区。由于存在这样一个轻掺杂的漂移区且电流向下流动，可以提高耐压而并不消耗表面的面积。这种结构提高了硅片的利用率，器件的频率特性得到很大的改善。同时存在下列问题:1，V 形槽面之下沟道中的电子迁移率降低；2，在 V 槽的顶端存在很强的电场，严重影响器件击穿电压的提高；3，器件导通电阻很大；4，V 槽的腐蚀不易控制，栅氧暴露，易受离子玷污，造成阈值电压不稳定，可靠性下降。VUMOSFET图 2.2 VUMOS 结构示意图VUMOS 的结构是基于 VVMOS 改进得到的。这里的的 U 槽是通过控制腐蚀 V 槽的两个斜面刚进入 N-漂移区但还未相交时停止腐蚀得到的，当这种结构的栅极施加正偏压时，不仅在 P 型沟道区中会形成反型层，而且在栅极覆盖的N-漂移区中还会产生积累层，于是源极电流均匀分配到漏极。适当选取栅极覆盖的漂移区宽度，可大大减小导通电阻，同时避免 V 槽顶端强电场的产生。...