功率器件简要介绍
电力用功率器件
电力用功率器件电力用功率器件是电力系统中的重要组成部分，用于将电能转换为其他形式的能量，如机械能、热能等。
它们在电力传输、电力转换和电力控制等方面起着至关重要的作用。
本文将从电力用功率器件的基本原理、常见类型以及应用领域等方面进行介绍。
一、基本原理电力用功率器件的基本原理是根据能量守恒定律，将电能转换为其他形式的能量。
这种能量转换是通过电磁场、电场、磁场和电流等相互作用的方式实现的。
根据不同的能量转换方式，电力用功率器件可以分为电动机、发电机、变压器、电阻器、电感器和电容器等多种类型。
二、常见类型1. 电动机：电动机是将电能转换为机械能的常见电力用功率器件。
根据不同的工作原理，电动机可以分为直流电动机和交流电动机。
直流电动机通过直流电源提供电能，通过电流与磁场相互作用产生力和转矩，驱动电动机旋转。
交流电动机则通过交流电源提供电能，通过电流与磁场的相互作用产生旋转力矩。
2. 发电机：发电机是将机械能转换为电能的电力用功率器件。
它通过电磁感应原理，利用转子和定子之间的磁场相互作用，产生感应电动势，从而将机械能转化为电能。
发电机广泛应用于发电厂、风力发电和水力发电等领域。
3. 变压器：变压器是电力系统中常见的电力用功率器件，用于改变交流电的电压和电流。
它通过互感作用原理，将输入端的电能转换为输出端的电能。
变压器的主要作用是实现电力的传输和配电，广泛应用于电力系统中的变电站、工业企业和家庭用电等场所。
4. 电阻器：电阻器是将电能转换为热能的电力用功率器件。
它通过电流与电阻之间的相互作用，将电能转化为热能。
电阻器广泛应用于电力系统中的电路保护、电阻负载和电热器等领域。
5. 电感器：电感器是将电能转换为磁能的电力用功率器件。
它通过电流与电感之间的相互作用，将电能转化为磁能。
电感器主要应用于电力系统中的滤波器、变压器和电感负载等领域。
6. 电容器：电容器是将电能转换为电场能的电力用功率器件。
它通过电流与电容之间的相互作用，将电能转化为电场能。
功率半导体器件要点
功率半导体器件要点功率半导体器件是指用于控制和转换电力的半导体器件，其具有承载高电流和高电压的特点。
在电力电子领域中，功率半导体器件广泛应用于电力变换、传输和控制系统中，起到关键的作用。
本文将重点介绍功率半导体器件的要点，包括常见的功率半导体器件类型、特性与工作原理、应用领域和发展趋势等方面。
1.常见的功率半导体器件类型常见的功率半导体器件包括功率二极管、功率晶体管、功率场效应管（MOSFET）、可控硅（SCR）和绝缘栅双极晶体管（IGBT）等。
每种器件都有自己特殊的工作原理、结构和性能特点，适用于不同的应用场合。
2.功率半导体器件的特性与工作原理不同类型的功率半导体器件具有不同的特性和工作原理。
例如，功率二极管通常用作电流开关和快速恢复整流器，其主要特点是低电压降、快速开关速度和高导通电流能力。
功率晶体管在电力放大和开关电路中广泛使用，具有高功率放大能力和较高的开关速度。
功率场效应管主要有MOSFET和IGBT两种类型，其特点是低输入阻抗、高开关速度和较低的控制电压。
可控硅主要用于交流电控制和直流电开关，其工作原理是通过施加门极电压来控制器件的导通。
3.功率半导体器件的应用领域功率半导体器件在电力电子领域有广泛的应用。
例如，功率二极管通常用于电源、电机驱动和变频器等电路中。
功率晶体管广泛应用于功率放大、开关和变换器等电路。
功率场效应管主要用于集成电路和电力开关等领域。
可控硅被广泛应用于交流变频器、电动机起动和照明控制等场合。
绝缘栅双极晶体管（IGBT）结合了晶体管和可控硅的特点，逐渐成为高功率应用的主流器件。
4.功率半导体器件的发展趋势随着电力电子的广泛应用和需求的增加，功率半导体器件面临着高功率、高频率、高效率和小型化等方面的挑战。
近年来，功率半导体器件在结构设计、材料改进和工艺制造等方面取得了重大进展。
新型材料如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的应用，使功率半导体器件具有更高的工作温度、更高的开关速度和更低的导通电阻。
功率器件应用介绍
功率器件应用介绍一、引言功率器件，作为电子系统中的重要组成部分，主要用于实现电能的处理、转换和优化。
它们在各种电子设备和系统中发挥着至关重要的作用，从家用电器到工业自动化系统，从电动汽车到航空航天设备，都可以见到功率器件的身影。
本文将对功率器件的种类、特性、应用领域和发展趋势进行详细介绍。
二、功率器件的种类与特性1.整流器：主要用于将交流电（AC）转换为直流电（DC），具有单向导电性。
2.晶体管：包括双极晶体管和场效应晶体管（FET），具有开关和放大功能。
3.绝缘栅双极晶体管（IGBT）：一种复合功率器件，广泛应用于电机控制和可再生能源系统。
4.功率MOSFET：具有低导通电阻和高开关速度，适用于高频电路。
5.功率模块：将多个功率器件集成在一个封装中，便于电路设计和安装。
三、功率器件的应用领域1.消费电子：手机、平板电脑、电视等电子设备的充电器和电源管理电路中都会用到功率器件。
2.汽车电子：在发动机控制、电动车马达控制等方面，功率器件发挥了至关重要的作用。
3.工业自动化：在电机驱动、自动控制系统等领域，功率器件是实现高效电能转换的关键元件。
4.可再生能源：太阳能逆变器、风力发电系统中，功率器件用于实现直流电与交流电的转换。
5.电力系统：在电网管理和智能电网建设中，功率器件用于实现电能质量管理和节能减排。
四、功率器件发展趋势随着科技的不断进步和应用需求的日益增长，功率器件的发展趋势主要体现在以下几个方面：1.高频率与高效率：为了满足现代电子设备对于高效能和高稳定性的需求，功率器件不断向高频率和高效能方向发展。
这涉及到新的材料、结构设计以及制程技术的研发和应用。
2.集成化与模块化：将多个功率器件集成在一个封装内，或者将功率器件与其他电子元件集成在一起，可以简化电路设计，提高设备的可靠性和稳定性。
模块化功率器件已经成为一种趋势。
3.智能化与网络化：随着物联网和智能化技术的发展，功率器件也开始具备智能化和网络化功能。
4功率器件
封返面回
引引言言
功率器件是指专门用来作功率放大的三极管或场 效应管。近年来 , 由若干 BJT和 MOSFET或BiFET 组合而成的功率模块发展得很快,成为半导体器件的 一支生力军 。它突出的特点是 ：大电流 、低功耗 (即本身消耗的无用功小) 电压电流范围宽 ，电压高 达1200V,电流高达400A。现在已广泛用于不间断电 源(UPS）、各类型的电机控制驱动、大功率开关、 医疗设备、换能器、音频功放等。
(2)功率BJT的散热等效热路
这里有三个热阻:
散热片 功率BJT 热源发热
RTj—集电结至管壳的热阻 RTc—管壳与散热片间的热阻 RTf— 散热片与周围空气间的热阻
热阻RTj 热阻RTf Tj
RTj Tc
垫片
功耗 Pc
RTc
(2)功率BJT的散Ta 热等RTf Tf
效热路
热阻RTc
功率BJT装在散热 片上的等效热路
PCM—BJT最大允许耗散功率
各种热阻R的确定：
① Rj —— 一般可由三极管手册中查到 ② RTc——a.由管与散热片之间的绝缘层决定； b.由管与散热片之间的接触面积和紧固程度决定。
RTc一般在0.1~3℃/W之间。 ③ RTf —— 由散热片的形式、材料和面积决定。
Tj
RTj Tc
功耗
各种Pc
额定值。 本继页续完
功率器件
一、功率BJT
1、功率BJT的散热 2、器件工作不应进入二次击穿区 3、提高功率BJT可靠性的主要途 径是使用时要降低额定值。
4、为保证器件正常运行,可采取适 当保护措施
保护的方法有很多,此处介绍两次： (1)为了防止感性负荷在断路时由
于自感而产生的过压和过流对 BJT 造成的损害,可以在感性负荷两端并 联上二极管( 或二极管和电容 ) 吸收 电压和电流。
功率器件名词解释大全
功率器件名词解释大全功率器件名词解释大全一、晶体管晶体管（Transistor）是一种三端半导体器件，由两个PN结组成。
它可以放大电流，也可以将小电流控制大电流。
晶体管广泛应用于各种电子设备中。
1.1 NPN型晶体管NPN型晶体管是一种由两个N型半导体和一个P型半导体组成的三极管。
它的基极为P型半导体，发射极和集电极为N型半导体。
在正向偏置时，从基极注入的少量载流子会扩散到发射区域，并被吸收或漂移到集电区域，形成集电区的大电流。
1.2 PNP型晶体管PNP型晶体管是一种由两个P型半导体和一个N型半导体组成的三极管。
它的基极为N型半导体，发射极和集电极为P型半导体。
在正向偏置时，从基极注入的少量载流子会扩散到发射区域，并被吸收或漂移到集电区域，形成集电区的大电流。
二、场效应晶体管场效应晶体管（Field Effect Transistor）是一种用于放大和开关电路的半导体器件。
它由一个PN结和一个金属栅极组成。
当栅极电压变化时，它可以控制源漏电流的大小。
2.1 MOSFETMOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）是一种常用的场效应晶体管。
它由一个P型或N型半导体基片、一个绝缘层和一个金属栅极组成。
在正向偏置时，电子从源区域注入沟道，并漂移到漏区域，形成了源漏电流。
2.2 JFETJFET（Junction Field Effect Transistor）是另一种常见的场效应晶体管。
它由一个N型或P型半导体基片和两个接触区域组成。
在反向偏置时，形成了沟道，通过改变栅极电压来控制源漏电流。
三、二极管二极管（Diode）是一种半导体器件，具有两个端口：正极和负极。
它只允许电流从正向流动，并阻止反向流动。
3.1 PN结二极管PN结二极管是最常见的二极管类型之一。
它由P型半导体和N型半导体组成的PN结构成。
在正向偏置时，电子从N型区域流向P型区域，形成了电流。
功率器件简介介绍
04
功率器件的发展趋势和挑战
功率器件的发展趋势和挑战
• 功率器件，也称为电力电子器件，是电子电路中用于转换、控制和管理电能的关键元件。它们被广泛应用于各种领域，如 电动汽车、可再生能源、航空航天、数据中心等。功率器件的主要功能是实现电压和电流的变换，以满足不同电路和系统 的需求。
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效率
功率器件的效率是指输出功率与输入功率之比，即输出功 率占输入功率的百分比。高效率意味着较低的能量损耗和 更好的能源利用。
03
常见功率器件介绍
晶体管（BJT）
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双极性控制
晶体管，也称为双极性结 型晶体管（BJT），通过 电流控制电流，具有双极 性控制特性。
电流放大
晶体管可以用作放大器， 通过较小的基极电流控制 较大的集电极电流，实现 电流的放大。
功率器件在导通状态下，由于电流流过器件产生的热量损 耗。导通损耗与器件的导通电阻和电流大小有关。
驱动损耗
驱动电路对功率器件进行控制时产生的损耗，主要包括驱 动电路的功耗和驱动信号的传输损耗。
开关损耗
功率器件在开关过程中产生的损耗，包括开通损耗和关断 损耗。开关损耗与器件的结构、材料和工作频率等因素有 关。
功率器件的应用领域
应用领域概述
功率器件广泛应用于各种电子设备和系统 中，以下是几个主要的应用领域
新能源领域
如太阳能发电、风力发电等。功率器件在 新能源领域中用于实现能量的收集、转换 和储存，提高能源利用效率。
电力变换
如直流电源、交流电源、不间断电源（ UPS）等。功率器件在这些设备中起到电 能转换和控制的核心作用。
精度和稳定性相对较低。
数字控制
使用数字信号（如脉冲宽度调制 ，PWM）来控制功率器件的状 态。数字控制方式具有高精度、
常见功率器件介绍
常见功率器件介绍功率器件是电力电子领域中重要的一种电子器件，用于变换、传递和控制电能。
常见的功率器件包括大功率二极管、晶闸管、可控硅、IGBT和MOSFET等。
本文将对这些常见的功率器件进行介绍。
1.大功率二极管：大功率二极管是一种常见的功率器件，具有较低的导通压降和较高的瞬态响应速度。
常见的大功率二极管如Schottky二极管，它具有快速导通、快速关断，适合于高频和高效率的电力转换系统。
大功率二极管常用于电流整流和反向保护等电源应用中。
2. 晶闸管（Thyristor）：晶闸管是一种可控硅器件，具有双向导通特性。
晶闸管的导通状态由门极信号控制，一旦导通后，其二极管部分将保持导通状态，直到控制信号消失或电流下降至谷值。
晶闸管适用于高压、高电流的交流电源控制和整流应用，如交流调光、电动机控制和功率变换等。
3.可控硅（SCR）：可控硅是一种具有双向导通特性的功率器件，可通过外部电压触发，从而控制其导通和关断状态。
可控硅的导通需要一个触发脉冲，一旦导通，只能通过降低电流或断开电源来关断。
可控硅广泛应用于高压电源、充电器、交直流变换器和电动机驱动器等系统中。
4. IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）：IGBT是一种功率MOSFET和双极型晶体管的混合器件，结合了二者的优点。
IGBT具有低导通压降和高开关速度的特点，在高频和高效率的应用中广泛使用。
IGBT适用于电力电子中的交流调变器、逆变器和电动机驱动器等应用。
5. MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）：MOSFET是一种具有储存性的功率晶体管，可以在接通状态下进行电流放大，适用于低功率和中功率应用。
MOSFET具有低导通压降、高开关速度和可控性强的优点。
在电源管理、电动机控制和逆变器等应用中，MOSFET是一种常见的功率器件。
总结起来，大功率二极管、晶闸管、可控硅、IGBT和MOSFET是常见的功率器件。
电路中的功率电子器件与应用
电路中的功率电子器件与应用功率电子器件是电路中的重要组成部分，它们在能源转换和电路控制中起着至关重要的作用。
本文将介绍功率电子器件的基本原理和常见的应用。
一、功率电子器件的基本原理功率电子器件是指用于控制和调节电能流动的电子元件，它们能够将电能从一种形式转换为另一种形式，如将直流电能转换为交流电能，或者改变电压、电流的大小等。
常见的功率电子器件包括晶闸管、开关管、三相桥式整流器等。
1. 晶闸管晶闸管是一种双向导电的功率电子器件，它能够实现对电流的控制。
晶闸管具有三个区域：p区、n区和p区。
在工作时，通过施加适当的控制信号，可以使晶闸管在导通和截止之间切换，从而实现对电流的控制。
2. 开关管开关管是一种具有开关功能的功率电子器件，它能够实现对电路的开关操作。
常见的开关管有二极管、场效应管和绝缘栅双极性晶体管等。
开关管的导通和截止由控制信号来实现，通常通过施加适当的电压来控制。
3. 三相桥式整流器三相桥式整流器是一种将交流电转换为直流电的功率电子器件。
它由六个二极管组成，可以实现对电流的整流和调节。
在交流输入端施加正弦交流电时，三相桥式整流器能够输出稳定的直流电。
二、功率电子器件的应用功率电子器件在各个领域中有广泛的应用，特别在能源转换、电力传输和电机控制等方面发挥着重要作用。
1. 电源变换功率电子器件可用于电源的变换和调节，将交流电转换为直流电或将直流电转换为交流电。
例如，电力逆变器可以将直流电源转换为交流电源，以供应非交流电设备或电网。
2. 电动汽车功率电子器件在电动汽车中是不可或缺的，它们用于电池充电、电机驱动和能量回收等。
电动汽车的高效率和低污染离不开功率电子器件的支持。
3. 变频调速功率电子器件在电机控制中起到关键作用，可以实现电机的变频调速。
这对于工业生产中需要根据实际需求调整电机速度的场合非常重要，如电梯、风力发电等。
4. 可再生能源功率电子器件在可再生能源领域中也有广泛的应用，如太阳能和风力发电。
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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得应用范围,常用半导体器件得特性如下三图所示。
目前来说,最常用得功率半导体器件为功率MOSFET与IGBT。
总得来说,MOSFET得输出功率小,工作频率高,但由于它导通电阻大得缘故,功耗也大。
但它得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、工业控制与电力设备领域。
IGBT得输出功率一般10KW~1000KW之间,低频时功耗小,但随着工作频率得增加,开关损耗急剧上升,使得它得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 功率半导体器件得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得功率MOSFET特性介绍功率MOSFET得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,随着工艺得日渐成熟、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得MOSFET得特性。
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+连续扩散得表面,槽得角度由硅得晶体结构决定,而器件沟道长度取决于连续扩散得深度。
在这种结构中,表面沟道由V 形槽中得栅电压控制,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得漂移区且电流向下流动,可以提高耐压而并不消耗表面得面积。
这种结构提高了硅片得利用率,器件得频率特性得到很大得改善。
同时存在下列问题:1,V形槽面之下沟道中得电子迁移率降低;2,在V槽得顶端存在很强得电场,严重影响器件击穿电压得提高;3,器件导通电阻很大;4,V槽得腐蚀不易控制,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得结构就是基于VVMOS改进得到得。
这里得得U槽就是通过控制腐蚀V槽得两个斜面刚进入N-漂移区但还未相交时停止腐蚀得到得,当这种结构得栅极施加正偏压时,不仅在P型沟道区中会形成反型层,而且在栅极覆盖得N-漂移区中还会产生积累层,于就是源极电流均匀分配到漏极。
适当选取栅极覆盖得漂移区宽度,可大大减小导通电阻,同时避免V槽顶端强电场得产生。
但就是,VUMOS得U 槽同样存在难于控制腐蚀、栅氧暴露得问题。
VDMOSFET电压控制型单极性器件,没有电导调制效应,因而具有很高得开关速度,使其在高频领域具有广泛得应用。
图2、3 普通VDMOS结构及耐压区得电场分布示意图一般功率半导体器件承受电压靠得就是耐压区内得反偏二极管。
如图VDMOS,当漏-源两端加有电压V DS,而栅-源电压V GS小于MOSFET得阈值电压时,VDMOS处于关断状态,V DS主要就是由n型漂移区与p型源衬底区构成得反偏二极管承受。
由于n型漂移区至少有一部分区域在外加电压作用下耗尽,则耗尽之后带正电荷得电离施主发出得电力线全部往上到达p型衬底区,并被p区内耗尽得电离受主得负电荷吸收。
因此,最大电场在n与p交界处。
当V DS足够大时,n型漂移区被全耗尽。
推导过程略,我们可以得到理想情形下R on与V B得关系可以表示为:从该式可以瞧出,当器件得耐压增加,则导通比电阻随耐压指数次得增加。
这就就是所谓得“硅极限”。
VDMOS得这种特性严重限制了它在高耐压领域得应用。
由于VDMOS 就是纵向器件,有人提出一种改进结构,使其适应于平面工艺,如下。
该结构漏极通过高掺杂埋层收集漏源电流,再通过高掺杂漏区由上表面引出。
图2、4 平面工艺VDMOS结构示意图LDMOS图2、5 LDMOS结构示意图LDMOS就是一种双扩散结构得功率器件。
N-LDMOS得沟道就是通过源极N型重掺杂与其下方得阱区P型轻掺杂得两次扩散来形成得。
离子注入完成之后还有一个高温推进得过程。
两次扩散得横向距离差决定了LDMOS得沟道长度,这种工艺所制造得MOS得沟道长度就是固定得。
在漏极与栅极之间还有一个轻掺杂得漂移区,漂移区得作用就是为了提高LDMOS得击穿电压,漂移区得存在还在源极与漏极之间起到了缓冲得作用,对LDMOS得短沟道效应也有所改善。
低耐压与高耐压LDMOS得主要区别在于栅电极与漂移区得长度,一般来说,低耐压LDMOS得栅电极覆盖着整个漏源两区之间得面积;而高耐压LDMOS得栅电极距漏区N+边缘必须要有一定得距离。
如果该距离太小或者覆盖了漏区,则漏源之间得击穿电压BV DS将会大幅度下降。
图2、6 非对称LDMOS得结构示意图如上图就是源极与漏极不对称得LDMOS结构,在源极没有加入面积较大得漂移区结构,可以缩小器件面积,节约成本。
图2、7 对称LDMOS结构示意图如上图就是源极与漏极对称得LDMOS结构,这样源极与漏极都可以承受高压。
SiC MOSFETSiC具有较宽得禁带宽度、较高得饱与电子漂移速度、较高得击穿电场强度以及较低得介电常数。
热击穿结温可以到300℃。
由其制造得SiC功率器件,具有耐高压、耐高温、抗辐射得优点。
与Si功率器件相比,SiC MOSFET具有更加稳定得性能,其阈值电压受温度得影响不像Si器件那么明显,“温漂效应”比较小。
因此在温度变化得场合应用时不需要特别关注温度对栅极开启电压得影响。
SiC MOSFET得各项寄生电容参数均小于Si MOSFET。
因而其开通时间比Si MOSFET 更短,开关速度更快,减小了MOSFET得开关损耗。
但就是SiC MOSFET就是Si MOSFET价格得10~15倍。
图2、8 SiC MOSFET与Si MOSFET得开通损耗图2、9 SiC MOSFET与 Si MOSFET得关断损耗图2、10 不同输入电压下SiC MOSFET与Si IGBT开通与关断损耗与Si IGBT相比,SiC MOSFET具有更快得开通与关断速度,并且其损耗也比Si IGBT小。
因此SiC MOSFET既可以实现IGBT所不能实现得高频率工作,也可以弥补Si MOSFET 不能耐高压得缺点。
但就是,SiC MOSFET也存在着几点技术挑战。
其一,SiC单晶材料,如缺陷密度得降低与消除,以及单晶片尺寸得增加,导致SiC功率半导体性能与可靠性下降。
其二,低反型层沟道迁移率与高温、高电场下栅氧可靠性。
其三,SiC功率器件得封装问题。
如果能够解决薄栅氧得工艺及理论,SiC功率器件会有长足发展。
将会显著改善海军舰艇、飞机及智能武器电磁炮等军用系统得戏能,也将使民用混合动力车辆、列车牵引设备以及高压直流输电设备等受益匪浅。
图2、11 SiC 器件应用市场预测GaN MOSFETGaN最初必须用蓝宝石或SiC晶片作衬底材料制备,限制了它得发展。
后来,GaN异质结外延技术得发展,大大降低了GaN得成本。
但就是由于GaN器件只能在异质结材料上制备,所以其只能制作横向结构得电力电子器件,耐压很难超过1KV,因此在低压应用要求较苛刻得场合可能与硅基电力电子器件形成竞争势态。
图2、12 GaN-on-Si MOSFET结构示意图由上图可知,GaN MOSFET与横向Si MOSFET 结构完全相同,但就是由于GaN更加优异得电气特性,渴望在中高端应用中对Si COOLMOS造成挑战。
图2、13 未来GaN器件发展预测上图为GaN器件研发人士对未来GaN电力电子器件发展得预测。
SJMOSFET在保持MOS类器件高速与易驱动优点得基础上,利用电荷平衡原理,将比导通电阻降低了一个数量级。
图2、14 超结MOSFET得结构及耐压区得电场分布示意图超结MOSFET得耐压层就是由npnp交替排列得半导体区构成。
在超结结构中,耐压状态时n柱与p柱都会被耗尽,n区内除顶部与底部附近得部分区域外,耗尽之后由正得电离施主发出得电力线都被临近得耗尽得p区得负得电离受主吸收。
与普通得VDMOS相比,在相同得n漂移区掺杂浓度下,超结器件能够得到更高得击穿电压;在相同得耐压下,超结器件允许大幅提高n型漂移区得掺杂计量。
由此,普通VDMOS中存在得比导通电阻与耐压之间得尖锐得“硅极限”得限制被突破。
但就是,超结器件得制作工艺较为复杂,制造成本也相对较高。
为了改善这些问题,有人提出了一种半超结得耐压层结构。
图2、15 半超结MOSFET得结构及耐压区得电场分布图所谓半超结,就就是耐压层中部分采用超结结构,如图中耐压层得上半部分。
耐压层得下半部分就是n型外延区。
简单讲,半超结得电场分布比相同槽深得普通超结多出了图中梯形阴影区面积。
因此在刻槽得深度受到工艺限制得情况下,器件耐压还能继续提高。
不管就是超结还就是半超结,都就是利用得电荷补偿原理,要求n柱与p柱得电荷计量相等,然而n柱与p柱得掺杂浓度都比较高,较小得工艺偏差就可能破坏电荷平衡而导致器件耐压下降。
为了精确控制n区与p区得掺杂计量,工艺得难度与复杂性也随之增加,难免会造成制造成本得提高。
另外,导通电流很大时,载流子本身得电荷也会影响耐压区得电荷平衡,使得耐压随着电流得增加而下降。
导通时n柱与p柱之间得内建电场会使得两区之间存在耗尽区,导致有效得导电横截面积减小。
以上两点得存在,限制了超结与半超结MOSFET得实际应用。
否则,超结与半超结MOSFET在高频高压领域会有更广泛得应用。
HkMOSFET图2、16 高K介质与半导体材料构成得耐压层得二极管与耐压时得电力线示意图（a）二极管结构图;(b)耐压时得电力线方向示意图Hk-MOSFET得结构如图所示,二极管得阳极A与顶部得p+区接触,阴极K 与底部得n+区接触,在p+区与n+区之间就是由n型半导体与Hk介质交替排列得耐压层结构,其中Hk介质得介电系数比硅得介电系数大得多。
理论推导发现,当n区与Hk区都比较窄且时,耐压区得平均介电系数为,约为硅得倍。
如果变大,那么相应得器件耐压也大;从另一个角度讲,相同耐压下允许n区得掺杂计量增大。
如果利用如图所示得结构作为MOSFET得耐压层,显然由此可以获得比普通MOSFET低得多得比导通电阻。
但就是,高介电系数得材料不一定与半导体与有相同得膨胀系数,而功率器件在使用时温度会有变化,不同得热膨胀系数容易导致芯片龟裂。
迄今为止仍然没有找到一种合适得Hk材料。
有人提出在绝缘体中掺入导电颗粒来获得“高K”得特性。
这种方法部分解决了Hk得一些问题,但高K 功率器件仍然没有达到理想中得效果。
我们仍然需要找到一种合适得材料使得高K 功率器件实现真正得产品化。
SOI LDMOSFET图2、17 典型得SOI LDMOS 结构SOI LDMOS就是一种横向双扩散MOS 型场效应管,其结构如上图所示。