第十五章-半导体功率器件

1、第十五章 半导体功率器件 功率MOSFET的电流通常A，电压50-100V。与功率BJT比，其优点是栅极的控制电流很小。 功率MOSFET是由并行运行的重复结构单元构成的。要达到大的阈值电压，要采用垂直结构，要得到大的电流，使沟道宽度非常宽。 功率MOSFET有两种基本结构：DMOS和VMOS双扩散DMOS晶体管的横截面图DMOS器件双扩散工艺：源区和衬底是通过栅的边缘所确定的窗口进行扩散形成的。衬底和源区横向扩散距离的不同决定了表面的沟道长度。电子进入源区电极，横向从衬底下的反型层漂移至n型漂移区。然后电子垂直地从n 型漂移区漂移至漏区电极。图15.22 HEXFET结构 1. 两种功率MO

2、SFET的特性 参数 2N6757 2N6792 VDS（MAX）V 150 400 ID（MAX）A 8 2 PDW 75 202. 导通电阻：功率MOSFET的漏源之间的有效电阻DCHSonRRRR)(TGSoxnCHVVCWLR图15.23 MOSFET 的典型漏源电阻随漏电流变化的特性曲线3. 功率MOSFET的安全工作区 功率MOSFET的安全工作区由最大漏电流IDmax，额定击穿电压BVDSS，最大功耗PT=VDSID图 15.25 MOSEFET的安全工作区。（a）线性坐标；（b）对数坐标 例15.2：在MOSFET反向器电路中找到最佳的漏电阻图 15.26 MOSEFET反相器

3、电路图 15.27 例15.2中器件的安全工作区与负载线 功率晶体管在封装时采用散热片，多余的热量可以及时排出。 考虑散热片的影响时，引入热阻 （单位：C/W），通过元件的热功率P)(12ambcasecasedevDambdevambsnksnkcasecasedevDambdevpTTpTTPTT差：器件与周围环境的温度如果没使用散热片，则：与外界之间的温度差为当使用散热片时，器件 器件中的最大安全功耗casedevcasejMAXDTTPmax,， 半导体闸流管：一系列半导体pnpn开关型器件的名称，这些器件有着双稳态正反馈开关特性 SCR（半导体可控整流器）三极半导体闸流管的通用名称1

4、32132Pnpn闸流管可以看作闸流管可以看作npn和和pnp两个晶体管的耦合两个晶体管的耦合对于较小的正偏电压对于较小的正偏电压VA，集电极电流就是反向饱和电流，所，集电极电流就是反向饱和电流，所以以 1和和 2都很小，器件一直处于阻断状态都很小，器件一直处于阻断状态）（）（）得：（）（因为：）（）（2121212121211222211112121COCOACOCOAACCACCKABCOKCBCOACIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII使闸流管处于导通状态的方法：1. 加足够大的阳极电压使J2结发生雪崩击穿2 雪崩击穿产生的电子被扫进n1区，使n1区有更多负电，空穴被扫进p2区，

5、使p2区带更多正电。所以正偏电压V1和V3都开始增加，E-B结电压增加引起电流增加，电流增益 1和和 2都增加，所以导都增加，所以导致致IA增加。增加。 随着阳极电流随着阳极电流IA增加，基极增加，基极电流增益 1和和 2增大，增大，两个等效的两个等效的BJT被驱使进入饱和状态，被驱使进入饱和状态，J2结正偏。结正偏。整个器件的总电压很小。整个器件的总电压很小。 IA和和VA的关系曲线如图的关系曲线如图 SCR：三电极的半导体闸流管，第三个电极用于施加栅控信号）（）（）得：（）（）（）（212122122121211222211112121COCOgACOCOgAACCACCgAKBCOKCB

6、COACIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII图 15.33 （a）三极SCR；（b）三极SCR的双晶体管等效电路图 15.34 SCR的电流-电压特性曲线 栅控电流是作为空穴的漂移电流而流进p2区的。多余的空穴提高了P2区的电势，同时也增加了npn晶体管B-E结的正偏电压以及晶体管的1， npn晶体管的效应增加会增加集电极电流IC2，而IC2的增加又会使pnp晶体管的效应提高，于是整个pnpn器件从关态过度到低阻的导通态。 用于使SCR导通的栅控电流是mA量级，即小电流就能开启SCR。 开启后，栅电流可以关断，但SCR仍处于导通状态图 15.35 （a）简单的SCR电路；（b）输

7、入交流电压信号和触发脉冲；（c）输出电压与时间的关系 向器件的p2区注入空穴可以触发SCR使其导通。 从P2区抽走空穴就可以关断SCR。即加反偏栅电流使npn晶体管脱离饱和状态就会使SCR从导通转换到关断状态1. 基本的SCR结构P1区和p2区的宽度75m左右，n1区高阻轻掺杂，宽度250 m，使J2结有相当大的击穿电压图 15.36 基本的SCR器件结构2.双边对称的闸流管双边对称的闸流管 反向并联两个常规的闸流管反向并联两个常规的闸流管 应用于交流功放中，在交流应用于交流功放中，在交流 电压的正负周期中，均匀整电压的正负周期中，均匀整 齐的转换，两个电极交替作齐的转换，两个电极交替作 为阳极和阴极。为阳极和阴极。图15