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mos管作用是什么? 功率原理是什么?

信息来源:本站 日期:2017-06-05 

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1 概述

MOSFET的中文称号是金属氧化物半导体场效应晶体管,也叫绝缘栅场效应晶体管,缩写为MOSFET,简称MOS管。功率MOSFET是一类导电沟道槽结构特殊的场效应管,它是继MOSFET之后新展开起来的高效、功率开关器件。它不只继承了MOS场效应管输入阻抗高(≥108?)、驱动电流小(0.1μA左右)的优点,还具有耐压高(最高可耐压1200V)、工作电流大(1.5A~100A)、输出功率高、跨导线性好、开关速度快等优秀特性。正是由于它将电子管与功率晶体管的优点集于一身,因此在开关电源、逆变器、电压放大器、功率放大器等电路中获得普遍应用。
2 分类
MOS管是一种单极性载流子参与导电的半导体器件。根据导电沟道的载流子可以划分为N沟道和P沟道。假定导电沟道的载流子是电子,则称为N沟道;假定载流子是空穴,则称为P沟道。MOS管的导电沟道,可以在制造过程中构成,也可以经过接通外部电源构成,当栅压等于零时就存在沟道(即在制造时构成的)称为耗尽型,在施加外部电压后才构成沟道的称为增强型。按照导电沟道和沟道构成的过程两点来分类,MOS管可以分为:P沟增强型MOS管、P沟耗尽型MOS管、N沟增强型MOS管和N沟耗尽型MOS管。图四类MOSFET和它们的图形符号。功率MOSFET普通很少采用P沟道,由于空穴的迁移率比电子的迁移率低,相同的沟道尺寸,P沟道的晶体管比N沟道的导通电阻大。


3 工作原理

功率MOS管是从小功率MOS管展开来的。但在结构上,它们之间相差很大,为了更好天文解功率MOSFET的机理,首先来回想一下小功率场效应管的机理。以下以N沟道增强型小功率MOSFET的结构来说明MOS管的原理。

图1是N沟道增强型小功率MOSFET的结构表示图。
N沟道增强型MOS管是把一块低掺杂的P型半导体作为衬底,在衬底上面用扩散的方法构成两各重掺杂的N+区,然后在P型半导体上生成很薄的一层二氧化硅绝缘层,然后在两个重掺杂的N+区上端用光刻的办法刻蚀掉二氧化硅层,显露N+区,最后在两个N+区的表面以及它们之间的二氧化硅表面用蒸发或者溅射的办法喷涂一层金属膜,这三块金属膜构成了MOS管的三个电极,分别称为源极(S)、栅极(G)和漏极(D)。MOSFET的特性可以用转移特性曲线和漏极输出特性曲线来表征。转移特性是指在漏源之间的电压UDS在某一固定值时,栅极电压UGS与相对应的漏极电流ID之间的关系曲线。图3是某种场效应管的转移特性。

图MOS管的漏极输出特性场效应晶体管的输出特性可以划分为四个区域:可变电阻区、截止区、击穿区和恒流区。 可变电阻区(UDS

在这个区域内,UDS增加时,ID线性增加。在导电沟道接近夹断时,增长变缓。在低UDS分开夹断电压较大时,MOS管相当于一个电阻,此电阻随着UGS的增大而减小。截止区(UGS

击穿区在相当大的漏-源电压UDS区域内,漏极电流近似为一个常数。当UDS加大道一定数值以后,漏极PN结发作击穿,漏电流疾速增大,曲线上翘,进入击穿区。饱和区(UDS>UGS-UT)在上述三个区域保卫的区域即为饱和区,也称为恒流区或放大区。功率MOSFET应用在开关电源和逆变器等功率变换中,就是工作在截止区和击穿区两个区。

4 结构特性
图中MOSFET的结构是不合适运用在大功率的场所,缘由是两个方面的。一方面是结构上小功率MOSFET三个电极在一个平面上,沟道不能做得很短,沟道电阻大。另一方面是导电沟道是由表面感应电荷构成的,沟道电流是表面电流,要加大电流容量,就要加大芯片面积,这样的结构要做到很大的电流可能性也很小。为了抑止MOSFET的载流才干太小和导通电阻大的难题,在大功率MOSFET中通常采用两种技术,一种是将数百万个小功率MOSFET单胞并联起来,进步MOSFET的载流才干。另外一种技术就是对MOSFET的结构中止改进,采用一种垂直V型槽结构。图3是V型槽MOSFET结构剖面图。

图3V型槽MOSFET结构剖面图在该结构中,漏极是从芯片的背面引出,所以ID不是沿芯片水平方向活动,而是自重掺杂N区(源极S)动身,经过P沟道流入轻掺杂N漂移区,最后垂直向下抵达漏极D。电流方向如图中箭头所示,由于流通截面积增大,所以能经过大电流。在相同的电流密度下,体积也大大减少。


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