源极栅极在集成电路中的应用

最早的MOS器件及其在集成电路中的应用结构，都是平面横向布局的，即它的源极、栅极、漏极三个电极都布置在同一表面上。但是随着向大功率发展，采用电流垂直流向的三维结构布局是不可避免的。这样，漏极就布置到源极、栅极相反的另一表面上。于是采用多元胞并联以增加通态电流，引入体PN结来承受电压，还设置了高阻厚外延N-层，用来提高电压。这就是垂直导电的双扩展MOS管，称作VD-MOS。现在电力MOSFET主要都是采用VDMOS结构。因此，下面所述的MOSFET是指具有VD-MOS结构的半导体器件。

图1-12 VDMOS纵向剖面和立体示意图

a）纵向剖面图 b）立体示意图(www.xing528.com)

图1-13 MOSFET的电路图形符号

MOSFET的纵向剖面和立体示意图如图1-12所示。它实际上是几千个到几万个元胞并联集成起来的。MOSFET是以重掺杂N⁺型硅衬底作为漏极D，在衬底上外延生长一层轻掺杂的N^-型区。通过扩展在外延层上再形成P型区，在P型区上形成重掺杂的N⁺区作为源极S。在沟道表面制成SiO₂绝缘层，外面覆盖着金属膜作为栅极G。若电流i_D从N⁺漏极沿图1-12a的虚线经过N^-区流向N⁺源极时，间隔着一个P型体区，由两次扩展的结深差形成MOS结构的沟道时，如前所述，栅极为零偏压时，i_D被P型体区阻隔，漏源之间的电压U_DS加在PN^-反向结上，整个器件处于阻断状态。当栅极正偏压超过阈值电压U_GS（th）时，沟道由P型变为N⁺型，这个反型的沟道成为i_D电流的通道，整个器件又处于导通状态。它靠N⁺型沟道来导电，故称为N沟道MOSFET。MOS-FET的图形符号如图1-13a所示。当器件内寄生有反向二极管时，其图形符号如图1-13b所示，这种集成结构，正是某些变频器电路中需要的，二极管起续流保护作用。