第十五章-半導(dǎo)體功率器件

1、第十五章 半導(dǎo)體功率器件 功率MOSFET的電流通常A，電壓50-100V。與功率BJT比，其優(yōu)點是柵極的控制電流很小。 功率MOSFET是由并行運(yùn)行的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的。要達(dá)到大的閾值電壓，要采用垂直結(jié)構(gòu)，要得到大的電流，使溝道寬度非常寬。 功率MOSFET有兩種基本結(jié)構(gòu)：DMOS和VMOS雙擴(kuò)散DMOS晶體管的橫截面圖DMOS器件雙擴(kuò)散工藝：源區(qū)和襯底是通過柵的邊緣所確定的窗口進(jìn)行擴(kuò)散形成的。襯底和源區(qū)橫向擴(kuò)散距離的不同決定了表面的溝道長度。電子進(jìn)入源區(qū)電極，橫向從襯底下的反型層漂移至n型漂移區(qū)。然后電子垂直地從n 型漂移區(qū)漂移至漏區(qū)電極。圖15.22 HEXFET結(jié)構(gòu) 1. 兩種功率MO

2、SFET的特性 參數(shù) 2N6757 2N6792 VDS（MAX）V 150 400 ID（MAX）A 8 2 PDW 75 202. 導(dǎo)通電阻：功率MOSFET的漏源之間的有效電阻DCHSonRRRR)(TGSoxnCHVVCWLR圖15.23 MOSFET 的典型漏源電阻隨漏電流變化的特性曲線3. 功率MOSFET的安全工作區(qū) 功率MOSFET的安全工作區(qū)由最大漏電流IDmax，額定擊穿電壓BVDSS，最大功耗PT=VDSID圖 15.25 MOSEFET的安全工作區(qū)。（a）線性坐標(biāo)；（b）對數(shù)坐標(biāo) 例15.2：在MOSFET反向器電路中找到最佳的漏電阻圖 15.26 MOSEFET反相器

3、電路圖 15.27 例15.2中器件的安全工作區(qū)與負(fù)載線 功率晶體管在封裝時采用散熱片，多余的熱量可以及時排出。 考慮散熱片的影響時，引入熱阻 （單位：C/W），通過元件的熱功率P)(12ambcasecasedevDambdevambsnksnkcasecasedevDambdevpTTpTTPTT差：器件與周圍環(huán)境的溫度如果沒使用散熱片，則：與外界之間的溫度差為當(dāng)使用散熱片時，器件 器件中的最大安全功耗casedevcasejMAXDTTPmax,， 半導(dǎo)體閘流管：一系列半導(dǎo)體pnpn開關(guān)型器件的名稱，這些器件有著雙穩(wěn)態(tài)正反饋開關(guān)特性 SCR（半導(dǎo)體可控整流器）三極半導(dǎo)體閘流管的通用名稱1

4、32132Pnpn閘流管可以看作閘流管可以看作npn和和pnp兩個晶體管的耦合兩個晶體管的耦合對于較小的正偏電壓對于較小的正偏電壓VA，集電極電流就是反向飽和電流，所，集電極電流就是反向飽和電流，所以以 1和和 2都很小，器件一直處于阻斷狀態(tài)都很小，器件一直處于阻斷狀態(tài)）（）（）得：（）（因為：）（）（2121212121211222211112121COCOACOCOAACCACCKABCOKCBCOACIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII使閘流管處于導(dǎo)通狀態(tài)的方法：1. 加足夠大的陽極電壓使J2結(jié)發(fā)生雪崩擊穿2 雪崩擊穿產(chǎn)生的電子被掃進(jìn)n1區(qū)，使n1區(qū)有更多負(fù)電，空穴被掃進(jìn)p2區(qū)，

5、使p2區(qū)帶更多正電。所以正偏電壓V1和V3都開始增加，E-B結(jié)電壓增加引起電流增加，電流增益 1和和 2都增加，所以導(dǎo)都增加，所以導(dǎo)致致IA增加。增加。 隨著陽極電流隨著陽極電流IA增加，基極增加，基極電流增益 1和和 2增大，增大，兩個等效的兩個等效的BJT被驅(qū)使進(jìn)入飽和狀態(tài)，被驅(qū)使進(jìn)入飽和狀態(tài)，J2結(jié)正偏。結(jié)正偏。整個器件的總電壓很小。整個器件的總電壓很小。 IA和和VA的關(guān)系曲線如圖的關(guān)系曲線如圖 SCR：三電極的半導(dǎo)體閘流管，第三個電極用于施加?xùn)趴匦盘枺ǎǎ┑茫海ǎǎǎ?12122122121211222211112121COCOgACOCOgAACCACCgAKBCOKCB

6、COACIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII圖 15.33 （a）三極SCR；（b）三極SCR的雙晶體管等效電路圖 15.34 SCR的電流-電壓特性曲線 柵控電流是作為空穴的漂移電流而流進(jìn)p2區(qū)的。多余的空穴提高了P2區(qū)的電勢，同時也增加了npn晶體管B-E結(jié)的正偏電壓以及晶體管的1， npn晶體管的效應(yīng)增加會增加集電極電流IC2，而IC2的增加又會使pnp晶體管的效應(yīng)提高，于是整個pnpn器件從關(guān)態(tài)過度到低阻的導(dǎo)通態(tài)。 用于使SCR導(dǎo)通的柵控電流是mA量級，即小電流就能開啟SCR。 開啟后，柵電流可以關(guān)斷，但SCR仍處于導(dǎo)通狀態(tài)圖 15.35 （a）簡單的SCR電路；（b）輸

7、入交流電壓信號和觸發(fā)脈沖；（c）輸出電壓與時間的關(guān)系 向器件的p2區(qū)注入空穴可以觸發(fā)SCR使其導(dǎo)通。 從P2區(qū)抽走空穴就可以關(guān)斷SCR。即加反偏柵電流使npn晶體管脫離飽和狀態(tài)就會使SCR從導(dǎo)通轉(zhuǎn)換到關(guān)斷狀態(tài)1. 基本的SCR結(jié)構(gòu)P1區(qū)和p2區(qū)的寬度75m左右，n1區(qū)高阻輕摻雜，寬度250 m，使J2結(jié)有相當(dāng)大的擊穿電壓圖 15.36 基本的SCR器件結(jié)構(gòu)2.雙邊對稱的閘流管雙邊對稱的閘流管 反向并聯(lián)兩個常規(guī)的閘流管反向并聯(lián)兩個常規(guī)的閘流管 應(yīng)用于交流功放中，在交流應(yīng)用于交流功放中，在交流 電壓的正負(fù)周期中，均勻整電壓的正負(fù)周期中，均勻整 齊的轉(zhuǎn)換，兩個電極交替作齊的轉(zhuǎn)換，兩個電極交替作 為陽極和陰極。為陽極和陰極。圖15