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(diǎn)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(guò)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(zhǎng)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(duì)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(shí)采用散熱片，多余的熱量可以及時(shí)排出。 考慮散熱片的影響時(shí)，引入熱阻 （單位：C/W），通過(guò)元件的熱功率P)(12ambcasecasedevDambdevambsnksnkcasecasedevDambdevpTTpTTPTT差：器件與周圍環(huán)境的溫度如果沒(méi)使用散熱片，則：與外界之間的溫度差為當(dāng)使用散熱片時(shí)，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(kāi)關(guān)型器件的名稱，這些器件有著雙穩(wěn)態(tài)正反饋開(kāi)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(gè)晶體管的耦合兩個(gè)晶體管的耦合對(duì)于較小的正偏電壓對(duì)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?yàn)椋海ǎ?121212121211222211112121COCOACOCOAACCACCKABCOKCBCOACIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII使閘流管處于導(dǎo)通狀態(tài)的方法：1. 加足夠大的陽(yáng)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(kāi)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(yáng)極電流隨著陽(yáng)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(gè)等效的兩個(gè)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(gè)器件的總電壓很小。整個(gè)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(gè)電極用于施加?xùn)趴匦盘?hào)）（）（）得：（）（）（）（212122122121211222211112121COCOgACOCOgAACCACCgAKBCOKCB

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(shì)，同時(shí)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(huì)增加集電極電流IC2，而IC2的增加又會(huì)使pnp晶體管的效應(yīng)提高，于是整個(gè)pnpn器件從關(guān)態(tài)過(guò)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(jí)，即小電流就能開(kāi)啟SCR。 開(kāi)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(jiǎn)單的SCR電路；（b）輸

7、入交流電壓信號(hào)和觸發(fā)脈沖；（c）輸出電壓與時(shí)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(huì)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(duì)稱的閘流管雙邊對(duì)稱的閘流管 反向并聯(lián)兩個(gè)常規(guī)的閘流管反向并聯(lián)兩個(gè)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(gè)電極交替作齊的轉(zhuǎn)換，兩個(gè)電極交替作 為陽(yáng)極和陰極。為陽(yáng)極和陰極。圖15