橫向型與垂直型MOSFET簡介

橫向型MOSFET，又稱之為橫向?qū)щ娦偷腗OSFET，結(jié)構(gòu)如下圖所示。這里橫向的意思是指電流的流動方向與晶圓襯底之間的方向。在橫向型MOSFET的晶胞結(jié)構(gòu)中，電流的流動方向是與晶圓襯底的橫截面方向保持平行的，因此稱之為橫向型MOSFET。下圖中的紅線方向就是示意的在橫向型MOSFET中電流的流動方向。

Source，源極，綠色的區(qū)域。Drain，漏極，黃色的區(qū)域。Gate，柵極藍(lán)色的區(qū)域。三個都是在芯片的上表面，金屬的電極片，用于導(dǎo)電和加壓。

在三個極下面的很大的區(qū)域是襯底，這里的結(jié)構(gòu)中的是P型襯底。

灰色區(qū)域是反型層和導(dǎo)電溝道的區(qū)域。當(dāng)我們給柵極和源極施加一個正向電壓的時候，柵極于下面與襯底區(qū)域的接觸面，由原來的耗盡層逐漸發(fā)生變化，排斥空穴，吸引電子，參雜的電子聚集在該區(qū)域，形成了多子導(dǎo)電區(qū)域，也就是反型層，能夠?qū)娏?。如下圖所示，加壓前與加壓后的變化。

加壓前

加壓后

當(dāng)我們在漏極加一個電壓源和負(fù)載的時候，就會有電流從漏極，穿過N+區(qū)域，然后再經(jīng)過反型層的溝道，再經(jīng)過源極形成回路。整個MOSFET就處于導(dǎo)通狀態(tài)。如下圖所示。

垂直型MOSFET，又稱為垂直導(dǎo)電型MOSFET，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。對比橫向型的定義和結(jié)構(gòu)可以看到，垂直型的意思是指電流的流動方向與晶圓襯底橫截面方向相互垂直。對應(yīng)圖中的電流（紅線）是從底面的漏極垂直向上，依次經(jīng)過了漏極、襯底、N Drift、導(dǎo)電溝道、N+區(qū)域到達(dá)源極。

Source：源極，上表面第一層綠色區(qū)域。Gate，柵極，藍(lán)色的區(qū)域。Drain，漏極，最下層灰色區(qū)域，晶圓襯底背面。

溝道區(qū)域，是和源極和柵極相關(guān)，兩者通過 P base區(qū)域連接在一起。通過在源極和柵極之間施加電壓，就能夠形成溝道區(qū)域，溝道區(qū)域在柵極下方一個比較窄的區(qū)域，如下圖所示。圖中的黃色區(qū)域就是加壓后形成的反型層，導(dǎo)通電流。

在漏極和源極之間施加電壓的時候，整個電場會施加落在N Drift區(qū)域（N型的漂移區(qū)）?？梢酝ㄟ^調(diào)整N Drift區(qū)域的摻雜濃度和厚度來實現(xiàn)。摻雜濃度提高，厚度就可以做薄一點(diǎn)，就可以承受較高的電壓；摻雜濃度降低，就需要把漂移區(qū)域的厚度做厚一點(diǎn)才能承受較高電壓。（所以為什么會聽到有的硅片材料用的是輕摻還是重?fù)降恼f法）。如果用SiC材料來做漂移區(qū)就會有更好的優(yōu)勢，SiC的臨界擊穿電場的強(qiáng)度Ec，是硅的10倍左右。簡單做個比較，同樣的電壓等級，用SiC材料來做可能只需要硅材料的1/10厚就能夠?qū)崿F(xiàn)，器件晶胞尺寸大大減小。同時，因為厚度非常薄，電阻量就可以做到非常低（電流流過的路徑降低，電阻降低）。所以SiC的MOSFET在電壓上面比硅材料有天然的優(yōu)勢。

另外整個垂直結(jié)構(gòu)中N Drift區(qū)域中可以全是導(dǎo)通電流，電流的密度非常高，可以不用做的太小，充分利用到面積的優(yōu)勢，提高電流、電壓等級，如下圖所示。