大功率器件设计第一章VIP免费

大功率器件课程设计教师：鲍嘉明单位：北方工业大学信息工程学院第一章绪论第一节功率半导体器件的发展概述•1952年，第一个功率半导体整流器，R.N.Hall研制，正向电压35A，反向阻断电压达200V。•1956年，可控硅整流器（SCR，晶闸管），J.L.Moll发明，GE推出产品，工作电流25A，断电压为300V。•功率双极型晶体管的研制，工作频率提高。•70年代，功率MOS的研制，消除了少子存贮效应的影响，工作频率进一步提高。•1982年，绝缘栅双极晶体管（IGBT）器件•近年来，碳化硅（SiC）功率器件得到了迅速发展，用SiC代替Si后，漂移区的开态电阻将下降200倍，利用SiC制备的单极功率整流管和功率开关的击穿电压可达5kV（理论上）。功率MOS的优点•工作频率高•功率MOS是电压控制器件，驱动电流非常小，驱动电路简单•具有负的电流温度系数第二节功率MOS器件的发展过程和发展方向功率MOS器件的发展过程基本上是在保留和发挥MOS器件本身优点的基础上，努力提高功率：•增大器件工作电压•增大器件工作电流普通MOS管从增大器件工作电压考虑横向双扩散MOS（LDMOS）SGDnnpn衬底与普通MOS结构不同点：•有较长的低浓度的N－漂移区•沟道区由双扩散工艺制作垂直V型槽的结构（VVMOS）SGSDnnpnn•垂直结构器件的发展得益于大规模集成技术，各向同性、各向异性和等离子蚀刻技术等方面的发展。•与横向MOS的最大区别是将漏区、漂移区和沟道区从硅片表面分别转移到硅片的底部和体内。•V型槽顶端的电场很强，V型槽腐蚀不易控制。垂直U型槽的结构（VUMOS）SSDnnpnnG•UVMOS避免了槽底强电场的出现•U型槽的腐蚀同V型槽一样难于控制垂直双扩散MOS（VDMOS）SGDnnpnnnnp•不需要腐蚀V型槽和U型槽•多晶硅栅被埋在源极金属下面•该结构的单元形状可以是六边形，方形或者是条纹形，几何结构的变化主要决定于集成密度的要求沟槽栅结构（UMOSFET）SGDnppnnnpp•UMOSFET器件具有较高的沟槽密度和较低的漏扩散电阻，这就导致了UMOSFET器件具有较低的开态特征电阻•在该结构的制备技术采用了在存储器存储电容制备工艺中发明的沟槽刻蚀技术。IGBT从增大器件工作电流考虑多个MOS管并联单元MOS的几何图形为并联尽可能多的器件所进行的努力：•努力增大芯片的面积•努力增加芯片中的单元器件密度（减小线宽）第三节功率集成电路的发展动态•功率集成电路（PIC）分为：高压集成电路（HVIC）智能功率集成电路功率集成电路的版图照片功率集成电路的高压部分的版图照片功率集成电路的高压器件照片1功率集成电路的高压器件照片2功率集成电路的高压器件照片3功率集成电路的高压器件照片4功率集成电路的高压器件照片5功率集成电路的高压器件照片6隔离技术•PN结隔离•自隔离•介质隔离PN结隔离自隔离介质隔离第四节功率MOS器件的应用工作频率高功率MOS是电压控制器件，驱动电流非常小，驱动电路简单具有负的电流温度系数ComboICforPFCandballastcontrolComboICforPFCandballastcontrolPDP驱动芯片INP1P3P2N3N2N1q3q2q1in2in3in1USBCompatibleLithium-IonBatteryChargerwithThermalRegulation