簡單認(rèn)識(shí)功率金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管

功率金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管 （Power MOSFET) 由于輸入阻抗高、開關(guān)速度快，并且具有負(fù)溫度系數(shù)（溫度上升時(shí)電流減少），因此被認(rèn)為是一種理想的開關(guān)器件。功率金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管有垂直（或縱向）(Vertical DiffusedMOSFET, VDMOS）和橫向（或水平） (Lateral Diffused MOSFET, LDMOS) 兩種類型。

垂直型器件的源極和漏極分別制作在圓片上下和兩側(cè)。因?yàn)殡娏鞔怪绷鬟^圓片，垂直型器件不適合做成集成電路，通常封裝成分立器件，可以承受較大的電流。傳統(tǒng) VDMOS 的結(jié)構(gòu)如圖 2-68 所示。超高壓器件 （600V 以上）需要100μm 左右的外延層厚度，通態(tài)電阻較大。溝槽式柵極 MOSFET 的結(jié)構(gòu)如圖2-69所示。溝槽式柵極 MOSFET 有較大的溝道密度，通態(tài)電阻較小。采用背面研磨技術(shù)（Backside Grinding) 可把圓片厚度研磨至 100μm 以下，有助于降低溝槽式柵極 MOSFET 的內(nèi)阻。

LDMOS 的結(jié)構(gòu)如圖 2-70 所示。制造工藝若可以提供淺槽隔離 ( ShallowTrench Isolation，STI）結(jié)構(gòu)， 則可以將 STI 加在漂移區(qū)靠近溝道處，以增加LDMOS 承受電壓的能力；如圖2-71所示。LDMOS 管可以和集成電路結(jié)合。圖2-71所示的器件厚度約 10μm 左右，可以耐電壓 100~200V，結(jié)合低壓控制電壓和保護(hù)電路可以做成智能功率IC 和顯示器驅(qū)動(dòng)電路。

耐壓 600V 以上的超高壓 LDMOS 需要既厚且長的漂移區(qū)（接近 100μm)。1979年，J.A.Appels 和 H. Vaes 提出采用薄外延層并使其完全耗盡 成空間電荷區(qū)以降低表面電場 (Reduced Surface Field, RESURF)，的概念，可以優(yōu)化器件的特性。器件漂移區(qū)耗盡示意圖如圖 2-72 所示。

此一觀念后續(xù)又發(fā)展出多重 RESURF 結(jié)構(gòu)的器件，如圖 2-73及圖2-74所示。

橫向超高壓器件集成在智能功率集成電路內(nèi)時(shí)，其電流上限受到封裝工藝的影響，通常為2A 左右。

超級(jí)結(jié)（Super Junction）的結(jié)構(gòu)以及溝槽式柵極都可以做在 LDMOS 里，類似的器件結(jié)構(gòu)也都可以用 SOI 工藝制造，如圖 2-75 所示。

審核編輯：湯梓紅