功率MOSFET的重要性与应用

功率MOSFET的结构剖面图如图5-14所示。它以N+ 型衬底作为漏极，在其上有一层N-型外延层，然后在外延层上掺杂形成一个P型层和一个N+ 型层源极区，最后利用光刻的方法沿垂直方向刻出一个V形槽，在V形槽表面有一层二氧化硅并覆盖一层金属铝，形成栅极。当栅极加正电压时，靠近栅极V形槽下面的P型半导体将形成一个N型反型层导电沟道（图中未画出）。可见，自由电子沿导电沟道由源极到漏极的运动是纵向的，它与第3章介绍的载流子是横向从源极流到漏极的小功率MOSFET不同。因此，这种器件被命名为VMOSFET（简称VMOS管）。

参见图5-14，由于VMOS管的漏区面积大，因此有利于利用散热片散去器件内部耗散的功率。同时沟道长度（当栅极加正电压时在V形槽下P型层部分形成）可以做得很短（例如1.5 μm），且沟道间又呈并联关系（根据需要可并联多个），故允许流过的电流ID很大。此外，利用现代半导体制造工艺，使VMOS管靠近栅极形成一个低浓度的N-外延层，当漏极与栅极间的反向电压形成耗尽区时，这一耗尽区主要出现在N-外延区，N-区的正离子密度低，电场强度低，因而有较高的击穿电压。这些都有利于VMOS制成大功率器件。目前制成的VMOS产品，耐压达1000 V，最大连续电流值高达200 A。

图5-14　VMOSFET结构剖面图

与功率BJT相比，VMOS器件具有以下优点：

① 与MOS器件一样是电压控制电路器件，输入电阻极高，因此所需驱动电流极小，功率增益高。(www.xing528.com)

② 在放大区，其转移特性几乎是线性的，gm（跨导）基本为常数。

③ 因为漏源电阻温度系数为正，当器件温度上升时，电流受到限制，所以VMOS不可能有热击穿，因而不会出现二次击穿，温度稳定性高。

④ 因无少子存储问题，加上极间电容小，VMOS的开关速度快，工作频率高，可用于高频电路（其fT≈600 MHz）或开关式稳压电源等。

VMOS器件还有其他一些优点，例如导通电阻rDS，ON≈3 Ω。目前在VMOSFET的基础上又已研制出双扩散VMOSFET，或称DMOS器件，这是新的发展方向之一。