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功率MOSFET的結構和工作原理與功率半導體器件清洗介紹

發(fā)布日期:2023-06-09 發(fā)布者:合明科技 瀏覽次數(shù):3034
MOSFET的原意是:MOS(Metal Oxide Semiconductor金屬氧化物半導體),F(xiàn)ET(Field Effect Transistor場效應晶體管),即以金屬層(M)的柵極隔著氧化層(O)利用電場的效應來控制半導體(S)的場效應晶體管。

功率場效應晶體管也分為結型和絕緣柵型,但通常主要指絕緣柵型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),簡稱功率MOSFET(Power MOSFET)。結型功率場效應晶體管一般稱作靜電感應晶體管(Static Induction Transistor——SIT)。
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其特點是用柵極電壓來控制漏極電流,驅動電路簡單,需要的驅動功率小,開關速度快,工作頻率高,熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR, 但其電流容量小,耐壓低,一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。

一、功率MOSFET的結構和工作原理

功率MOSFET的種類:按導電溝道可分為P溝道和N溝道。按柵極電壓幅值可分為;耗盡型;當柵極電壓為零時漏源極之間就存在導電溝道,增強型;對于N(P)溝道器件,柵極電壓大于(小于)零時才存在導電溝道,功率MOSFET主要是N溝道增強型。

1 功率MOSFET的結構

功率MOSFET的內部結構和電氣符號如圖1所示;其導通時只有一種極性的載流子(多子)參與導電,是單極型晶體管。導電機理與小功率mos管相同,但結構上有較大區(qū)別,小功率MOS管是橫向導電器件,功率MOSFET大都采用垂直導電結構,又稱為VMOSFET(Vertical MOSFET),大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。

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按垂直導電結構的差異,又分為利用V型槽實現(xiàn)垂直導電的VVMOSFET和具有垂直導電雙擴散MOS結構的VDMOSFET(Vertical Double-diffused MOSFET),本文主要以VDMOS器件為例進行討論。

功率MOSFET為多元集成結構,如國際整流器公司(International Rectifier)的HEXFET采用了六邊形單元;西門子公司(Siemens)的SIPMOSFET采用了正方形單元;摩托羅拉公司 (Motorola)的TMOS采用了矩形單元按“品”字形排列。

2 功率MOSFET的工作原理

截止:漏源極間加正電源,柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結J1反偏,漏源極之間無電流流過。
導電:在柵源極間加正電壓UGS,柵極是絕緣的,所以不會有柵極電流流過。但柵極的正電壓會將其下面P區(qū)中的空穴推開,而將P區(qū)中的少子—電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面。
當UGS大于UT(開啟電壓或閾值電壓)時,柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度,使P型半導體反型成N型而成為反型層,該反型層形成N溝道而使PN結J1消失,漏極和源極導電。

功率MOSFET的基本特性

2.1靜態(tài)特性
其轉移特性和輸出特性如圖2所示。

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漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關系稱為MOSFET的轉移特性,ID較大時,ID與UGS的關系近似線性,曲線的斜率定義為跨導Gfs。

MOSFET的漏極伏安特性(輸出特性):截止區(qū)(對應于GTR的截止區(qū));飽和區(qū)(對應于GTR的放大區(qū));非飽和區(qū)(對應于GTR的飽和區(qū))。電力 MOSFET工作在開關狀態(tài),即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉換。電力MOSFET漏源極之間有寄生二極管,漏源極間加反向電壓時器件導通。電力 MOSFET的通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù),對器件并聯(lián)時的均流有利。
2.2動態(tài)特性
其測試電路和開關過程波形如圖3所示。


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開通過程:開通延遲時間td(on) —— up前沿時刻到uGS=UT并開始出現(xiàn)iD的時刻間的時間段;

上升時間tr —— uGS從uT上升到MOSFET進入非飽和區(qū)的柵壓UGSP的時間段;

iD穩(wěn)態(tài)值由漏極電源電壓UE和漏極負載電阻決定。UGSP的大小和iD的穩(wěn)態(tài)值有關,UGS達到UGSP后,在up作用下繼續(xù)升高直至達到穩(wěn)態(tài),但iD已不變。

開通時間ton —— 開通延遲時間與上升時間之和。

關斷延遲時間td(off) —— up下降到零起,Cin通過Rs和RG放電,uGS按指數(shù)曲線下降到UGSP時,iD開始減小為零的時間段。

下降時間tf —— uGS從UGSP繼續(xù)下降起,iD減小,到uGS。 

關斷時間toff —— 關斷延遲時間和下降時間之和。

三、功率器件清洗

為應對能源危機和生態(tài)環(huán)境惡化等問題,世界各國均在大力發(fā)展新能源汽車、高壓直流輸電等新興應用,促進了大功率電力電子變流裝置的廣泛應用。大功率變流裝置的可靠性對這些應用而言十分重要。裝置的可靠性與其核心器件功率半導體器件密切相關。

目前,大量的功率半導體器件仍在采用傳統(tǒng)的正溴丙烷等溶劑清洗清洗,隨著對環(huán)保的管控和對產品可靠性的要求不斷提高,原有的傳統(tǒng)溶劑清洗已不能滿足功率半導體器件清洗。對此,合明提出新型的功率半導體器件清洗方案。

合明科技半水基清洗工藝解決方案,采用合明科技專利配方,可在清洗功率半導體器件凹槽內存在大量的錫膏殘留的同時去除金屬界面高溫氧化膜,更含有保護芯片獨特的材料;配方材料親水性強,清洗后易于用水漂洗干凈。

歡迎使用合明科技半水基清洗劑清洗功率半導體器件功率器件。

以上便是功率半導體器件功率器件清洗劑廠,功率半導體器件功率器件的DCB襯底功能介紹,希望可以幫到您!


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以上為本公司一些經驗的累積,因工藝問題內容廣泛,沒有面面俱到,只對常見問題作分析,隨著電子產業(yè)的不斷更新?lián)Q代,新的工藝問題也不斷出現(xiàn),本公司自成立以來不斷的追求產品的創(chuàng)新,做到與時俱進,熟悉各種生產復雜工藝,能為各種客戶提供全方位的工藝、設備、材料的清洗解決方案支持。

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