V-FET或功率场效应管(MOS管)知识分享

功率MOS管工作原理

功率MOS管-N通道

功率MOS管通常采用V型配置，如图所示。这就是为什么该器件有时被称为V-MOS管或V-FET。如图所示，V形切口从器件表面穿N +，P和N~层几乎渗透到N +衬底。N +层是重掺杂的低电阻材料，而N +层是轻掺杂的高电阻区域。二氧化硅介电层覆盖水平表面和V形切割表面。绝缘栅极是在V形切口中沉积在SiO 2上的金属膜。源极端子通过SiO 2层与上N +和P- 层接触。N +衬底是器件的漏极端子。

V-MOS管是一个E模式FET，漏极和源极之间不存在沟道，直到栅极相对于源极为正。为使栅极相对于源极为正，在栅极附近形成N型沟道，与E-MOS管的情况一样。在这种情况下，N型沟道为电荷载流子在N +衬底（即漏极）和N +源极端子之间流动提供垂直路径。当V GS为零或负时，不存在通道且漏极电流为零。

增强型N沟道功率场效应管的漏极和传输特性与E-MOS管类似，如图2和3所示。随着栅极电压的增加，沟道电阻减小，因此漏极电I D增加。因此，可以通过栅极电压控制来控制漏极电流I D，使得对于给定的V GS电平，I D在宽的V DS电平范围内保持相当恒定。

对于任何给定尺寸的器件，位于V-场效应管底部（而不是顶部表面）的漏极端子可以具有相当大的面积。与在表面具有漏极和源极的场效应管相比，这允许更大的功耗。

在功率或V-MOS管中，沟道长度由扩散过程决定，而在其他MOS管中，沟道长度取决于扩散过程中使用的摄影掩模的尺寸。通过控制掺杂密度和扩散时间，可以产生比通道长度的掩模控制更短的通道。这些较短的通道允许更大的电流密度，这再次导致更大的功率耗散。较短的沟道长度还允许在V-FET中获得更大的跨导g m，并且非常显着地改善了频率响应和器件切换时间。

功率MOS管的几何结构中的另一个非常重要的因素是存在靠近N +衬底的轻掺杂N -外延层。当V GS为零或负并且漏极相对于源极为正时，P层和N~层之间的结被反向偏置。结处的耗尽区深入N层，因此避免了从漏极到源极的穿通。因此可以应用相对较高的V DS而没有任何设备故障的危险。

还提供P沟道V-MOS管。它们的特性与N沟道MOS管类似，只是电流方向和电压极性相反。

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