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功率MOSFET结构和基本特性解析

时间:2026-02-23 17:22来源:Top Gun实验室 作者:ictest8_edit 点击:

 

 
PART01

功率MOSFET结构


1)横向MOSFET结构

普通横向MOSFET,不利于耐压的提高(易造成沟道穿通),不适合制作功率器件。

 

普通MOSFET结构

LDMOSFET,解决了易沟道穿通的问题,但仍不适合制作功率器件,因为表面利用率低。但可作为集成电路中的高压MOSFET。

 

LDMOS结构

2)垂直MOSFET结构

功率MOSFET起始于V-MOSFET,但由于氢氧化钾腐蚀工艺和V形槽尖端的电场集中使其仍不适合制作功率MOSFET的制作。

 

V-MOSFET

VD-MOSFET,解决了V-MOSFET的问题,但存在JFET电阻,仍有待发展。

 

VD-MOSFET

U-MOSFET消除了JFET电阻,有效降低了低耐压器件的导通电阻,但对高耐压器件导通电阻的降低有限。

 

UMOSFET

超级结MOSFET通过电荷耦合效应,改善了电场分布,通过降低芯片厚度实现高压器件导通电阻的降低。

 

超级结MOSFET

PART02

功率MOSFET的基本特性




无论V-MOSFET,VD-MOSFET,U-MOSFET哪一种结构,源和漏之间都包含了两个背靠背的PN结,但源和P基区之间的PN结被短路了,因此,功率MOSFET只在第一象限能承受高耐压,在第三象限为正偏PN结特性。以VDMOSFET为例讨论其特性。 

1)漏极电压较小时的I-V特性

 

当栅电压较小时,其V-I特性为一个受控于栅压的电阻特性。随着栅压的增加,栅压对电阻的控制能力减弱。

当栅压较小时,导通电阻以沟道电阻为主,受控于栅压。当栅压较大时,沟道电阻以漂移区电阻为主,不受栅压控制。总电阻不随栅压增加而减小。

2)漏极电压较大时的I-V特性

 

功率MOSFET的漏源电压为负时,呈现的是二极管的正向特性。如果同时在栅极施加正栅压大于阈值电压时,即使漏源电压小于pn结开启电压,也有漏电流出现,且随着栅压增加而增加。可用于同步整流。

PART03

超级结MOSFET的基本特性




超级结 MOSFET 的核心价值是 “在中高压领域打破传统 MOSFET 的硅极限”,通过结构创新实现了 “高压耐压” 与 “低导通损耗” 的兼顾,同时保持快开关速度,成为中高频中高压电力电子系统的主流选择,也是传统硅基器件向宽禁带器件过渡的重要桥梁。

特性参数 传统高压 MOSFET 超级结 MOSFET(SJ-MOSFET) 高压 IGBT
击穿电压(BV) 600V~1500V 600V~1700V 600V~6500V(更高耐压)
导通电阻(Rₒₙ) 大(几百 mΩ) 小(几十 mΩ) 中等(需考虑饱和压降)
开关速度 中等 快(几十 ns) 慢(几百 ns,高频损耗大)
开关损耗 大(不适合高频)
适用频率 <100kHz 100kHz~500kHz <50kHz(中低频)
核心优势 成本低 高压、低阻、高频平衡 超高耐压、大电流
典型应用 低压小功率电源 中高压高频电源、光伏逆变器 高压变频器、新能源汽车主驱
 
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