微电子器件基础

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第八章半导体功率器件

8.1功率双极晶体管8.1.1垂直式功率晶体管的结构横截面示意图 相互交叉的晶体管结构8.1功率双极晶体管8.1.2功率晶体管的特性1．较宽的基区宽度，更小的电流增益。2．大面积器件，更低的截至频率。3．集电极最大额定电流远大于于小信号晶体管。小信号与功率晶体管特性与最大额定值的比较8.1功率双极晶体管8.1.2功率晶体管的特性功率晶体管的电流特性8.1功率双极晶体管8.1.3、达林顿组态

npn达林顿组态npn达林顿组态的集成电路实现8.2功率半导体MOSFET8.2.1功率晶体管的结构双扩散MOS横截面垂直沟道VMOS8.2功率半导体MOSFET8.2.2功率晶体管的特性1.更快的开关转换时间。2.无二次击穿效应。3.在一个更宽的温度范围内有稳定的增益及响应时间。8.2功率半导体MOSFET8.2.2功率晶体管的特性8.2功率半导体MOSFET8.2.3寄生双极晶体管8.2功率半导体MOSFET8.2.3寄生双极晶体管1.MOSFET的沟道长度视为寄生晶体管的基区宽度，寄生晶体管的电流增益很大。2.寄生晶体管几乎一直处于关断态，只有在高速开关切换时处于开态。3。寄生晶体管可能会产生一个很大的开态漏电流。使MOSFET烧坏，称之为反向击穿。8.3散散热热片片和和结结温温晶体体管管消消耗耗的的能能量量会会使使其其内内部部温温度度逐逐渐渐升升高高，，以以致致超超过过周周围围环环境境的的温温度度。。如如果果结结温温Tj太太高高，，会会永永久久烧烧坏坏晶晶体体管管，，因因此此功功率率晶晶体体管管在在封封装装时时会会包包含含散散热热片片。。考虑虑散散热热片片的的影影响响时时，，必必须须考考虑虑热热阻阻θθ的的概概念念，，其其单单位位是是℃℃/W。。元元件件的的温温度度差差T2-T1与与热热阻阻的的关关系系为为：：T2－－T1＝＝PθθP是是通通过过元元件件的的热热功功率率。。8.3散散热热片片和和结结温温8.4半半导导体体闸闸流流管管电子子器器件件的的一一个个重重要要应应用用就就是是开开态态到到关关态态的的转转换换，，对对于于所所有有的的pnpn结结构构的的半半导导体体器器件件，，如如果果其其能能实实现现双双稳稳态态正正反反馈馈开开关关转转换换特特性性，，就就可可称称之之为为闸闸流流管管。。对于三电电极的半半导体闸闸流管来来说，半半导体整整流器（（SCR）是常常用的名名称。8.4半半导体闸闸流管8.4.1半导导体闸流流管的基基本特性性8.4半半导体闸闸流管8.4.1半导导体闸流流管的基基本特性性8.4半半导体闸闸流管8.4.1半导导体闸流流管的基基本特性性8.4半半导体闸闸流管8.4.2SCR的触触发机理理8.4半半导体闸闸流管8.4.2SCR的触触发机理理8.4半半导体闸闸流管8.4.2SCR的关关断若想将四四层结构构的器件件从导通通状态转转换到关关断状态态，只需需将电流流IA降低到使使得α1＋α2＝1处的的临界电电流值之之下即可可，此临临界电流流值称之之为维持持电流。。如果寄寄生的四四层结构构被触发发进入导导通状态态，则有有效的阳阳极电流流就会降降低到相相应的维维持电流流之下，，从而使使器件关关闭，这这种要求求意味着着所有的的电源都都应关断断。使SCR关断的的另一种种方法是是从p区区抽走空空穴。8.4半半导体闸闸流管8.4.2器件件结构1.基本本SCR结构8.4半半导体闸闸流管8.4.2器件件结构2.双边边对称的的闸流管管8.4半半导体闸闸流管8.4.2器件件结构2.双边边对称的的闸流管管8.4半半导体闸闸流管8.4.2器件件结构3.MOS栅控控的闸流流管8.4半半导体闸闸流管8.4.2器件件结构4.MOS关态态闸流管管8.5习习题1.假设设一个功功率BJT的BC结击击穿电压压BVCBO＝300V，画画出范围围5≤ββ≤10内BVCEO与β的关关系曲线线，假定定n=3。2.散热热片中并并联使用用了三个个MOSFET，当这这三个晶晶体管导导通时，，负载电电流为5A。（（1）三三个器件件的导通通电阻分分别为RON1＝1.8Ω,RON2＝2Ω和和RON3＝2.2Ω，计计算每个个电器中中的电流流和功耗耗。（2）第二二个晶体体管的导导通电阻阻增大到到RON2＝3.6Ω,机机计算每每个电器器中的功功耗。3.开关关闸流管管的一个个条件是是α1＋＋α2＝＝1。证证明该条条件β1β2＝1，，其中ββ1是闸闸流管等等效电路路中的pnp双双极晶体体管的共共发射极极电流增增益，ββ2是是闸流管管等效电电路的npn双双极晶体体管的共共发射极极电流增增益