nbsp; 一个十分聪明的构思又为
功率MOSFET提供了一条新出路。如果N-沟道MOSFET中的P基区(如图三(b))向体内伸出较长形成一个P柱。则当漏源之间加上电
压时,其电场分布就会发生根本的变化。通常PN结加上电压时,电位线基本上是平行于PN结面的。但这种P柱在一定的设计下可使电位线几乎和元件表面平行。 就像P柱区和N-区已被中和为一片高阻区一样。于是就可以采用较低的电阻率去取得器件较高的耐压。这样,Rds(on)就因较低的电阻率而大大下降,和耐压的关系也不再遵循前面所提到的2.4到2.6次方的关系了。这样一种思路为MOSFET拓宽了往高压的发展,今後和IGBT在高压领域的竞争就大为有利了。 通过上面的各种努力,IR公司MOSFET的Rds(on)正逐年下降,或者说,正在逐季下降。应用工作者如何抓住机会跟上器件的发展,及时把更好性能的器件用上去,就变得十分重要了。
二. 栅电荷Qg的降低
;MOSFET常常用在频率较高的场合。开关损耗在频率提高时愈来愈占主要位置。降低栅电荷,可有效降低开关损耗。
为了降低栅电荷,从减少电容的角度很容易理解在制造上应采取的措施。从图四可以看到,为减少电容,增加绝缘层厚度(在这儿是增加氧化层厚度)当然是措施之一。减低电容板一侧的所需电荷(现在是降低沟道区的掺杂浓度)也是一个相似的措施。此外,就需要缩小电容板的面积,这也就是要减少栅极面积。缩小原胞面积增加原胞密度从单个原胞来看,似乎可以缩小多晶层的宽度,但从整体来讲,其总的栅极覆盖面积实际上是增加的。从这一点来看,增加原胞密度和减少电容有一定的矛盾。
采用了上述的措施,IR产生了第3.5代。也称为低栅电荷MOSFET。第3.5代的米勒电容下降80%,栅电荷下降40%。当然第3.5代还有许多其它措施来降低Rds(on)(降低了15%),这样所带来的好处不仅是开通速度快了,温升降低了,也带来了dv/dt能力的提高,栅漏电压的增高,同时也降低了驱动电路的费用。所以对应用工作者来说,将大家最为熟悉的第三代改换用第3.5代的时机已经来到。
为缓解原胞密度增高後栅面积增大引起栅电荷过分增大的问题, 一种折衷的结构也随之出现。那就是将漏极的原胞结构改为条状漏极。这时候可以有同样窄的栅极(条密度很高)而不至于增加太多栅极面积,所以栅电荷得以减小。
请原谅我暂时还不能把IR公司的某一代技术和上述的结构联系得过分明确,因为公司也许不容许我这样做。但我相信我已经把联系器件主要参数的基本原理都说清楚了。为了帮助大家记忆,可以粗略地把IR用于高压的器件归纳为第3、6、9代,其中当然包括3.5代。而用于低压的则为5、7、8代。这样如果大家以後在IR的有关报告中听到这些 ,也就不至于迷惑了。
三. 动态性能的改进
熟悉电力电子技术的人,早已很了解除了要考虑器件的电压,电流、频率以外,还必须懂得在应用中如何保护器件,不使器件在瞬态变化中受损害。这在当年应用晶闸管时是如此,现在同样也应有相应的考虑。当然晶闸管是两个双极型晶体管的组合,又加上因大面积带来的大电容,所以其dv/dt能力是较为脆弱的。对di/dt来说,它还存在一个导通区的扩展问题,所以也带来相当严格的限制。
功率MOSFET的情况有很大的的不同。它的dv/dt及di/dt的能力常以每纳秒(而不是每微秒)的能力来估量。但尽管如此,它也存在动态性能的限制。这些我们可以从功率MOSFET的基本结构来予以理解。
图五是功率MOSFET的结构和其相应的等效电路。除了器件的几乎每一部分存在电容以外,还必须考虑MOSFET还并联 一个二极管。同时从某个角度看,它还存在一个寄生晶体管。(就像IGBT也寄生 一个晶闸管一样)。这几个方面,是研究MOSF