《功率mosfet基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《功率mosfet基础（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、功率功率功率功率MOSFET基础基础基础基础 AOS上海应用中心上海应用中心上海应用中心上海应用中心 刘松刘松刘松刘松 Power MOSFET 内容内容内容内容 ?MOSFET类型类型类型类型 ?功率功率功率功率MOSFET内部结构内部结构内部结构内部结构 ?MOSFET工作原理工作原理工作原理工作原理 ?MOSFET重要参数重要参数重要参数重要参数 ?MOSFET驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路 ?MOSFET功耗及选择功耗及选择功耗及选择功耗及选择 ?DC/DC的的的的MOSFET选择和选择和选择和选择和 PCB布板布板布板布板 ?MOSFET工艺和生产流程工艺和生产流程工艺和生产流程工
2、艺和生产流程 什么是什么是什么是什么是MOSFET，定义定义定义定义MOSFET Metal - Oxide Semiconductor Field Effect Transistor MOSFET is a three-terminal devices which in basic term behaves as a voltage controlled switch Drain Source Gate Drain Gate Source Circuit Symbol Package Pin Layout Power MOSFET Power MOSFET 氧化层氧化层氧化层氧化层：形成门极
3、形成门极形成门极形成门极，由多晶硅代替由多晶硅代替由多晶硅代替由多晶硅代替 氧化隔离层氧化隔离层氧化隔离层氧化隔离层：防止电流在门极和其它两个电极间防止电流在门极和其它两个电极间防止电流在门极和其它两个电极间防止电流在门极和其它两个电极间D、S极流动极流动极流动极流动，但并不阻但并不阻但并不阻但并不阻 断电场断电场断电场断电场 半导体层半导体层半导体层半导体层：依赖于门极电压依赖于门极电压依赖于门极电压依赖于门极电压，阻断或允许电流在漏极阻断或允许电流在漏极阻断或允许电流在漏极阻断或允许电流在漏极D和源极和源极和源极和源极S间流动间流动间流动间流动 MOSFET类型类型类型类型 Metal O
4、xide Semiconductor Field Effect Transistor ?按导电沟道可分为按导电沟道可分为按导电沟道可分为按导电沟道可分为：P沟道和沟道和沟道和沟道和N沟道沟道沟道沟道 ?按栅极电压幅值可分为按栅极电压幅值可分为按栅极电压幅值可分为按栅极电压幅值可分为： 耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型-栅极电压为零时栅极电压为零时栅极电压为零时栅极电压为零时，漏源极之间就存在导电沟道漏源极之间就存在导电沟道漏源极之间就存在导电沟道漏源极之间就存在导电沟道 增强型增强型增强型增强型-对于对于对于对于N（P）沟道器件沟道器件沟道器件沟道器件，栅极电压大于栅极电压大于栅极电压大于栅极电压大于
5、（小于小于小于小于）零时才存在导电沟道零时才存在导电沟道零时才存在导电沟道零时才存在导电沟道 ?功率功率功率功率MOSFET主要是主要是主要是主要是N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型 Power MOSFET MOSFET内部结构内部结构内部结构内部结构 ?横向导电横向导电横向导电横向导电(信号信号信号信号MOSFET）/ 垂直导电垂直导电垂直导电垂直导电（功率功率功率功率MOSFET） ?垂直导电垂直导电垂直导电垂直导电：平面型和沟槽型平面型和沟槽型平面型和沟槽型平面型和沟槽型Trench（U型沟槽和型沟槽和型沟槽和型沟槽和V型沟槽型沟槽型沟槽型沟槽） ?不同 厂商制 造的功 率不同
6、 厂商制 造的功 率不同 厂商制 造的功 率不同 厂商制 造的功 率 MOSFET 有 不 同的命名有 不 同的命名有 不 同的命名有 不 同的命名 ：HEXFET (IR) 、VMOS (Phillips)、 SIPMOS (Siemens)，但都是通过将大量物理单元扩散到外延硅但都是通过将大量物理单元扩散到外延硅但都是通过将大量物理单元扩散到外延硅但都是通过将大量物理单元扩散到外延硅 基板形成并联结构的方法制成基板形成并联结构的方法制成基板形成并联结构的方法制成基板形成并联结构的方法制成 ?功率功率功率功率MOSFET为多单元集成结构为多单元集成结构为多单元集成结构为多单元集成结构，如如如
7、如IR的的的的HEXFET采用六边形单元采用六边形单元采用六边形单元采用六边形单元；西门子西门子西门子西门子 Siemens的的的的SIPMOSFET采用正方形单元采用正方形单元采用正方形单元采用正方形单元；摩托罗拉公司摩托罗拉公司摩托罗拉公司摩托罗拉公司Motorola的的的的TMOS采采采采 用矩形单元按品字形排列用矩形单元按品字形排列用矩形单元按品字形排列用矩形单元按品字形排列 Power MOSFET 横向导电横向导电横向导电横向导电:平面型平面型平面型平面型垂直导电垂直导电垂直导电垂直导电:V型沟槽型沟槽型沟槽型沟槽垂直导电垂直导电垂直导电垂直导电:平面型平面型平面型平面型垂直导电垂
8、直导电垂直导电垂直导电:U型沟槽型沟槽型沟槽型沟槽 Power MOSFET 平面型平面型平面型平面型MOSFET ? 没有充分应用芯片的尺寸没有充分应用芯片的尺寸没有充分应用芯片的尺寸没有充分应用芯片的尺寸，电流和电压额定值有限电流和电压额定值有限电流和电压额定值有限电流和电压额定值有限 ? 适合低压应用适合低压应用适合低压应用适合低压应用，如微处理器如微处理器如微处理器如微处理器，运放运放运放运放，数字电路数字电路数字电路数字电路 ? 低的电容低的电容低的电容低的电容，快的开关速度快的开关速度快的开关速度快的开关速度 ? 增加或减少门极电压会增大或减少增加或减少门极电压会增大或减少增加或减
9、少门极电压会增大或减少增加或减少门极电压会增大或减少N沟道的大小沟道的大小沟道的大小沟道的大小，以此来控制器件导通以此来控制器件导通以此来控制器件导通以此来控制器件导通 沟道沟道沟道沟道沟道沟道沟道沟道 Vdd D S G Load Driver Power MOSFET 垂直导电型垂直导电型垂直导电型垂直导电型MOSFET ?平面型平面型平面型平面型：具有垂直导电双扩散具有垂直导电双扩散具有垂直导电双扩散具有垂直导电双扩散MOS结构的结构的结构的结构的VDMOSFET Vertical Double- diffused MOSFET，多个单元结构多个单元结构多个单元结构多个单元结构。具有相同
10、具有相同具有相同具有相同RDS(on)电阻电阻电阻电阻MOSFET并联并联并联并联，等等等等 效电阻为一个效电阻为一个效电阻为一个效电阻为一个MOSFET单元单元单元单元RDS(on)的的的的1/n。裸片面积越大其导通电阻越低裸片面积越大其导通电阻越低裸片面积越大其导通电阻越低裸片面积越大其导通电阻越低，但但但但 寄生电容越大寄生电容越大寄生电容越大寄生电容越大，因此开关性能越差因此开关性能越差因此开关性能越差因此开关性能越差。很多公司产品采用很多公司产品采用很多公司产品采用很多公司产品采用。 ?沟槽型沟槽型沟槽型沟槽型 V型沟槽型沟槽型沟槽型沟槽：不容易生产不容易生产不容易生产不容易生产，V
11、尖角容易形成高的电场尖角容易形成高的电场尖角容易形成高的电场尖角容易形成高的电场 U型沟槽型沟槽型沟槽型沟槽：平面型的演变平面型的演变平面型的演变平面型的演变，切开翻转切开翻转切开翻转切开翻转90度度度度。栅结构不与裸片表面平行而是构建栅结构不与裸片表面平行而是构建栅结构不与裸片表面平行而是构建栅结构不与裸片表面平行而是构建 在沟道之中垂直于表面在沟道之中垂直于表面在沟道之中垂直于表面在沟道之中垂直于表面，因此占用空间较少且使电流流动真正垂直因此占用空间较少且使电流流动真正垂直因此占用空间较少且使电流流动真正垂直因此占用空间较少且使电流流动真正垂直，最小化基最小化基最小化基最小化基 本单元面积
12、本单元面积本单元面积本单元面积，在相同的占位空间中可以集成更多的单元从而降低在相同的占位空间中可以集成更多的单元从而降低在相同的占位空间中可以集成更多的单元从而降低在相同的占位空间中可以集成更多的单元从而降低RDS(on)并维并维并维并维 持电容不变持电容不变持电容不变持电容不变。 电流流动垂直电流流动垂直电流流动垂直电流流动垂直 Power MOSFET 垂直导电型垂直导电型垂直导电型垂直导电型MOSFET ? 平面型平面型平面型平面型：电流电压与通道长电流电压与通道长电流电压与通道长电流电压与通道长、宽的大小相关宽的大小相关宽的大小相关宽的大小相关。平面型平面型平面型平面型MOS饱和区特性
13、比饱和区特性比饱和区特性比饱和区特性比 沟槽型好沟槽型好沟槽型好沟槽型好。 ? 沟槽型沟槽型沟槽型沟槽型：元件面积与电流成正比元件面积与电流成正比元件面积与电流成正比元件面积与电流成正比，Epitaxial Layer厚度与电压成正比厚度与电压成正比厚度与电压成正比厚度与电压成正比。 ? 反转层反转层反转层反转层：Inversion Layer ? DMOS：双重扩散双重扩散双重扩散双重扩散MOS，Double Diffused ? MOS是多子单极型器件是多子单极型器件是多子单极型器件是多子单极型器件（无少子无少子无少子无少子），），），），因此受温度影响小因此受温度影响小因此受温度影响小因
14、此受温度影响小，PMOS多子是多子是多子是多子是 空穴空穴空穴空穴，NMOS多子是电子多子是电子多子是电子多子是电子，Majority Carrier ? 氧化层相当于介电质氧化层相当于介电质氧化层相当于介电质氧化层相当于介电质 Dielectric Material (Dielectric constant)，掺杂掺杂掺杂掺杂 Doged，高掺杂浓度区域高掺杂浓度区域高掺杂浓度区域高掺杂浓度区域 Heavily doped region。 Power MOSFET V型沟槽型沟槽型沟槽型沟槽MOSFET ? V型沟槽型沟槽型沟槽型沟槽 ? 多个单元并联多个单元并联多个单元并联多个单元并联 P
15、ower MOSFET AOS的的的的MOSFET ? AOS开发出的性能可靠产量高的密集沟槽型开发出的性能可靠产量高的密集沟槽型开发出的性能可靠产量高的密集沟槽型开发出的性能可靠产量高的密集沟槽型MOSFET ? X射线显示的射线显示的射线显示的射线显示的AOS MOSFET物理结构物理结构物理结构物理结构 U型沟槽型沟槽型沟槽型沟槽多个单元并联多个单元并联多个单元并联多个单元并联Bonding Closed Cells and Strip Cells Power MOSFET L W A=W*W W L L W A=W*L FOM=Rdson*A=W/A MOSFET工作原理工作原理工作原理工作原理 ? 截止截止截止截止：漏源极间加正电源漏源极间加正电源漏源极间加正电源漏源极间加正电源，栅源极间电压为零栅源极间电压为零栅源极间电压为零栅源极间电压为零。P基区与基区与基区与基区与N漂移区之间形漂移区之间形漂移区之间形漂移区之间形 成的成的成的成的PN结反偏结反偏结反偏结反偏，漏源极之间无电流流过漏源极之间无电流流过漏源极之间无电流流过漏源极之间无电流流过。 ? 导电导电导电导电：在栅源极间加正电压在栅源极间加正电压在栅源极间加正电压在栅源极间加正电压UGS，栅极是绝缘
