常用功率器件MOSFET基礎介紹

在它上面要生長了一層n-epi，并制成了兩個連續的擴散區，p區中合適的偏置將產生溝道，而在它里面擴散出的n+區定義了源極。下一步，在形成磷摻雜多晶硅之后，要生長薄的高品質柵極氧化層，從而形成柵極。要在定義源極和柵電極的頂層上開接觸窗口，與此同時，整個晶圓的底層使漏極接觸。由于在柵極上沒有偏置，n+源和n漏被p區分隔，并且沒有電流流過(三極管被關閉)。

如果向柵極施加正偏置，在p區中的少數載流子(電子)就被吸引到柵極板下面的表面。隨著偏置電壓的增加，越來越多的電子被禁閉在這塊小空間之中，本地的“少子”集中比空穴(p)集中還要多，從而出現“反轉”(意味著柵極下面的材料立即從p型變成n型)。現在，在把源極連接到漏極的柵結構的下面的p型材料中形成了n“溝道”;電流可以流過。就像在JFET(盡管物理現象不同)中的情形一樣，柵極(依靠其電壓偏置)控制源極和漏極之間的電流。

圖2：MOSFET結構和符號。

MOSFET制造商很多，幾乎每一家制造商都有其工藝優化和商標。IR是HEXFET先鋒，摩托羅拉構建了TMOS，Ixys制成了HiPerFET和MegaMOS，西門子擁有SIPMOS家族的功率三極管，而Advanced Power Technology擁有Power MOS IV技術，不一而足。不論工藝被稱為VMOS、TMOS或DMOS，它都具有水平的柵結構且電流垂直流過柵極。

功率MOSFET的特別之處在于：包含像圖2中并行連接所描述的那樣的多個“單元”的結構。具有相同RDS(on)電阻的MOSFET并聯，其等效電阻為一個MOSFET單元的RDS(on)的1/n。裸片面積越大，其導通電阻就越低，但是，與此同時，寄生電容就越大，因此，其開關性能就越差。

如果一切都是如此嚴格成正比且可以預測的話，有什么改進的辦法嗎?是的，其思路就是最小化(調低)基本單元的面積，這樣在相同的占位空間中可以集成更多的單元，從而使RDS(on)下降，并維持電容不變。為了成功地改良每一代MOSFET產品，有必要持續地進行技術改良并改進晶體圓制造工藝(更出色的線蝕刻、更好的受控灌注等等)。

但是，持續不斷地努力開發更好的工藝技術不是改良MOSFET的唯一途徑;概念設計的變革可能會極大地提高性能。這樣的突破就是飛利浦去年11月宣布：開發成功TrenchMOS工藝。其柵結構不是與裸片表面平行，現在是構建在溝道之中，垂直于表面，因此，占用的空間較少并且使電流的流動真正是垂直的(見圖3)。在RDS(on)相同的情況下，飛利浦的三極管把面積減少了50%;或者，在相同的電流處理能力下，把面積減少了35%。

圖3：Trench MOS結構。

本文小結

我們把MOSFET與更為著名、更為常用的雙極型三極管進行了比較，我們看到MOSFET比BJT所具備的主要優勢，我們現在也意識到一些折衷。最重要的結論在于：整個電路的效率是由具體應用決定的;工程師要在所有的工作條件下仔細地評估傳導和開關損耗的平衡，然后，決定所要使用的器件是常規的雙極型、MOSFET或可能是IGBT?