FET là các linh kiện có mẫu điện vận động không lớn, chỉ ở mức vài chục mA. Cho tới cuối các năm 1970, khi người Nhật chuyển ra những transistor MOS “đường rãnh dọc” thì những MOSFET công suất mới cung cấp và ứng dụng mạnh mẽ, gồm xu hướng thay thế sửa chữa cho các transistor lưỡng rất (BJT). Do có không ít ưu điểm với nhất là được tinh chỉnh bằng năng lượng điện áp, rứa vì bởi dòng điện. Nên nhớ rằng nhằm lái cho một transistor hiệu suất lưỡng rất BJT, thì dòng cực nền cũng yêu cầu bằng 1 phần năm loại cực chiếm được yêu cầu để giữ lại cho linh kiện ở tâm lý ON. Cũng vậy, các dòng lái rất nền ngược cao hơn nữa được yêu ước để có được tắt nhanh. Những hạn chế này đã làm cho việc xây dựng mạch lái cực nền thêm phức hợp và chính vì như thế BJT có giá thành cao hơn MOSFET công suất. Hiện nay nay, những MOSFET hiệu suất được sản xuất bởi tất cả các doanh nghiệp sản xuất linh phụ kiện bán dẫn tách (Diodes-Inc, Fairchild, Intersil, IR, ON Semiconductor, Siliconix, Supertex, TI, Vishay, với Zetex, thuộc với các công ty châu Âu như Amperex, Ferranti, Infineon, NXP, cùng ST, với nhiều doanh nghiệp Nhật như thể Renesas cùng Toshiba). Những MOSFET năng suất được các công ty đặt mang đến các tên gọi khác nhau: VMOS, TMOS, DMOS dọc, cùng HEXFET. Tức thì cả so với các transistor công suất truyền thống có vỏ quấn như TO-220, TO-247/ với D-PAK, chúng cũng đều có thể hoạt động với điện áp cao đáng ngạc nhiên (lên đến 1500 V hoặc hơn), và những dòng đỉnh rộng 1000 A (các dòng liên tục là 200 A), cùng với RON dưới 0,001 Ω. Các MOSFET cung cấp rẻ rộng một dollar nhiều, cùng chúng gồm đủ tất những dạng vỏ bọc thường thì của transistor. Bạn có thể lấy chuỗi MOSFET trong dạng vỏ quấn IC các chân tiêu chuẩn như là vỏ nhì hàng chân truyền thống cuội nguồn (DIP) và những dạng dán bề mặt khác nhau như SOT-23, SOIC, cùng TSOP. Trớ trêu, các MOSFET điện áp thấp rời hiện nay khó kiếm tìm thấy, trong khi không tồn tại sự thiếu hụt thốn của những MOSFET công suất.
Bạn đang xem: Các loại mosfet công suất
Các MOSFET hiệu suất được sản xuất từ rất nhiều hãng sản xuất, tạo thành các công dụng của MOSFET (tổng trở vào cao, thuận tiện mắc tuy nhiên song, ko tồn trên “second breakdown”) hoàn toàn có thể áp dụng được vào những mạch công suất. Nói một phương pháp tổng quát, các MOSFET năng suất dễ thực hiện hơn những transistor công suất lưỡng cực truyền thống. Tuy nhiên, đề xuất xem xét những hiệu ứng bởi vì tụ cam kết sinh, và các sự sửa chữa phóng túng của những MOSFET trong các ứng dụng chuyển mạch rất có thể dẫn mang đến phá sản nhanh chóng.
Bài viết này nhằm reviews đến các bạn một cái nhìn tổng quan tiền về MOSFET công suất. Những chi tiết về thông số và áp dụng của nó vẫn được trình bày ở các nội dung bài viết tiếp theo.
Các kết cấu của MOSFET công suất
Một số cấu tạo đã được mày mò vào trong những năm 70, khi các MOSFET yêu đương mại đầu tiên được giới thiệu. Tuy nhiên, hầu hết chúng đã bị loại bỏ (ít nhất cho đến bây giờ) để ủng hộ cấu tạo Vertical Diffused MOS nói một cách khác là Double-Diffused MOS hoặc dễ dàng và đơn giản là VDMOS và cấu tạo LDMOS (Literal Diffused MOS).
VVMOSFET (Vertical V-Groove MOSFET)
VVMOS có hai nối đến cực nguồn, một nối cực cửa ngõ ở bên trên đỉnh cùng nối rất máng ở đáy, như hình 1. Kênh dẫn được chạm màn hình dọc theo những mặt của rãnh hình-V giữa cực máng (nền n+, ở đó n+ có nghĩa là một lớp được cấy tạp chất cao hơn n ̶ ) và những kết nối cực nguồn. Chiều nhiều năm kênh dẫn l được xác lập bởi vì bề dày của các lớp bán dẫn, cơ mà nó được điều khiển bởi các mật độ tạp hóa học và thời gian khuếch tán. Cấu trúc kênh dẫn dọc từ khe rãnh-V làm cho chiều nhiều năm kênh dẫn ngắn lại loại kênh dẫn nằm hướng ngang của LDMOS và các MOSFET truyền thống.
Và việc sắt kẽm kim loại hóa cực cửa, rất nguồn được thực hiện. Transistor lưỡng cực (BJT) ký sinh, tuy vậy song là đặc tính của kết cấu MOS được biểu diễn ví dụ trong linh kiện này. Để sút nhỏ ảnh hưởng của nó trên các chuyển động đúng của transistor MOS kênh n, đoạn nối rất nguồn cho kinh dẫn thường được làm ngắn lại, như được biểu diễn trong hình 1a. Điều này cũng vứt bỏ một diode xúc tiếp pn ký sinh nối cực nguồn và máng.
Hình 1b
Chiều dài kênh dẫn l được khẳng định bởi chiều sâu bài toán khuếch tán. Độ rộng rất nền của một BJT cũng được xác định theo thuộc cách. Một giá trị tiêu biểu vượt trội của l sẽ là 1 trong những hoặc nhì micrometer. Một ăn hại phải trả giá chỉ cho cấu trúc VVMOS là tính hoạt động của electron bị giảm trong những kênh dẫn bên dưới các phương diện của rãnh-V, trong việc đối chiếu với các linh kiện MOS thông thường.
Bởi vị vùng n không nhiều tạp hóa học hơn kênh dẫn p, lớp nghèo hạt dẫn chỉ không ngừng mở rộng một đường nhỏ vào trong kênh dẫn, và phần nhiều điện áp bị rơi bên trên trên lớp nghèo hạt dẫn. Chỉ số xếp nhiều loại dòng điện đạt được bằng cách nối các rãnh tuy vậy song, như mẫu vẽ 1.8b.
Mỗi cực cửa của VVDMOS điều khiển và tinh chỉnh dòng từ bỏ hai rất nguồn, một từ mặt này tuyệt mặt kia của rãnh, lúc nó chảy cho cực cửa chung. Dòng tập trung tại đỉnh bé của rãnh, như vào hình 2a, rất có thể hạn chế chỉ số xếp hạng chiếc điện có ích của linh kiện. Trong trạng thái tắt đỉnh nhọn sẽ gây ra một vùng cục bộ điện trường cao, cùng điều này hoàn toàn có thể hạn chế chỉ số xếp hạng mức năng lượng điện áp. Bằng cách sắp xếp việc khắc rãnh sẽ dừng lại trước khi sinh sản thành đỉnh, ta có cấu trúc rãnh-U trình diễn trong hình 2b và rất có thể giảm đi cả hai vấn đề này.
Hình 3
Hình 5
Kênh dẫn ngắn hơn công dụng là trở phòng thấp hơn, nó cho phép dòng và áp cao hơn. Hình 3b biểu diễn cấu trúc cơ phiên bản của một LDMOS. Hình 1.10 cũng minh họa cho một LDMOS, trong những số ấy l là chiều nhiều năm kênh dẫn. Chiều lâu năm này một là yếu ớt tố đưa ra quyết định cho trở kháng kênh dẫn tức RON của MOSFET công suất, nó cũng miêu tả nhiều MOSFET được tạo thành trên và một nền p ̶ (trong hình là 2) những cực của chính nó được nối phổ biến với nhau chế tạo ra thành những MOSFET mắc song song nhau, điều đó càng làm giảm nhỏ tuổi trở chống kênh dẫn. LDMOS là 1 trong những transistor cấu trúc khuếch tán-kép bình thường, gồm kênh dẫn nằm hướng ngang và là 1 MOSFET một số loại giàu có thiết kế cho những ứng dụng công suất. Khi cực cửa dương, một kênh dẫn hết sức ngắn được chạm màn hình trong lớp p giữa cực nguồn ít hạt dẫn và vùng n. Các hạt dẫn chính đi từ rất nguồn mang đến cực máng qua những miền n cùng kênh dẫn chạm màn hình như được chỉ ra. Linh phụ kiện này có một kênh giữa máng và nguồn ngắn lại loại MOSFET loại giàu quy ước (hình 3a). (Kênh dẫn của các loại MOSFET quy mong được chế tạo ra ra, do các hạt dẫn từ nền các loại p khuếch tán cùng được hút, lúc cực cửa dương, tích tụ bên dưới lớp SiO2 dưới cực cửa tạo thành thành).
Cấu trúc này gọi là đa kênh. Đây là một cấu tạo trong bài toán sản xuất MOSFET hiệu suất (hình 5).
VDMOS (Vertical Diffused MOS)
Vertical Diffused MOS là một cấu trúc phổ phát triển thành nhất của MOSFET công suất. Cấu trúc này tránh được hai vô ích chính của LDMOS là kết cấu cực máng không nhiều tạp chất, dẫn đến một diện tích mặt phẳng có giá trị sử dụng bị rước để cung cấp điện áp rất máng. Vấn đề thứ nhì là những LDMOST phạt sinh nhu yếu tạo ra những kết nối (đến rất nguồn, rất cửa, và rất máng) trên cùng trên bề mặt. Cả hai ảnh hưởng làm giảm diện tích s silicon kết quả dùng để chế tạo thành các vùng transistor tích cực. Như vậy, gồm một thông số sử dụng silicon thấp. Kết quả, các LDMOS hiệu suất ít được sử dụng như các linh kiện rời, trừ ra trong vài vận dụng tuyến tính. Bọn chúng được sử dụng nhiều trong các IC công suất.
Hình 7
Cấu trúc tế bào của VDMOSFET
Một phạt triển đặc biệt quan trọng trong công nghệ mạch tích hòa hợp MOS trong những năm 70 là việc sử dụng polycrystalline silicon, hơn là nhôm, để tạo thành điện rất cực cửa. Nó có một trong những tiện ích mang đến MOSFET công suất như:
Đơn giản hóa việc nối kim loại: một tờ oxide rất có thể được tạo nên trên lớp poly-Si, và quấn kim cực cửa thì hoàn toàn có thể được mở rộng trên toàn mặt phẳng trên (hình 6).Lớp poly-Si rất có thể được để với độ chính xác lớn, và oxid rất cửa bình ổn hơn, ít xẩy ra nhiểm bẩn hơn lúc một kết nối cực cửa ngõ nhôm được sử dụng. Hiệu quả điều khiển năng lượng điện áp ngưỡng xuất sắc hơn.Cực nguồn tự xếp hàng tự động hóa với bên cạnh cực cửa.Một có hại của polycrystalline silicon là nó tất cả một trở kháng cao hơn nhôm. Một giá chỉ trị tiêu biểu là 30 Ω bên trên inch vuông. Điều này làm tạo thêm trở phòng cửa 1-2 Ω, đủ để hạn chế chuyển động ở tần số cao cũng chính vì cần nạp mang đến điện dung cực cửa. Đây là một trong mặt mà buổi giao lưu của linh khiếu nại với cực cửa nhôm hoàn toàn có thể ưu việt hơn.
Sự sử dụng tốt nhất có thể của silicon đạt được, vì sản xuất những FET vào một cấu tạo tế bào, như vẽ vào hình 8. Vài ba sơ đồ không giống nhau được sử dụng, như tế bào hình lục giác (Hexagonal) hình 8a, tế bào hình vuông. Và kĩ năng đạt được loại cao bằng cách nối nhiều tế bào tuy vậy song với nhau.
Hình 8
Quan trọng làm rõ giá trị sự thành công xuất sắc của VDMOS không phụ thuộc vào vào một bước phát minh sáng tạo chính nào, nhưng mà là kết quả của sự phối kết hợp một số các đặc tính quan trọng đặc biệt với nhau. Mọi điều này bao gồm cấu trúc dọc, quy trình khuếch tán kép, cực cửa polycrystalline silicon, và cấu trúc tế bào. Đi theo điều này, có vài nét quan trọng, nhưng công nghệ tinh luyện sắc sảo hơn sẽ được thông báo theo những cách không giống nhau, vị nhiều bên sản xuất khác biệt và vì vậy buổi giao lưu của linh kiện được cải thiện vững chắc.
Phần lành mạnh và tích cực của linh kiện bao gồm nhiều thành phần được nối tuy nhiên song để cho một kỹ năng xử lý loại cao với loại điện được tung dọc qua chip. Mật độ tế bào được xác định bởi những yêu mong dung sai in ảnh lito trong bài toán định nghĩa những cửa sổ vào polysilicon và oxid cửa-nguồn và cũng do độ rộng của đường polysilicon giữa các tế bào cạnh nhau. Giá trị tốt nhất có thể cho độ rộng đường và chính vì như thế mật độ tế bào biến đổi như một hàm số của hệ số điện áp máng-nguồn. Điển hình các mật độ là 1,6 triệu tế bào bên trên một inch vuông cho các loại điện cố gắng thấp với 350.000 tế bào bên trên một inch vuông cho các loại điện nỗ lực cao. Hàng tế bào được phủ bọc bởi một cấu tạo giới hạn gờ cạnh để điều khiển và tinh chỉnh sự phân phối điện ngôi trường trong tâm trạng tắt của linh kiện.
