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功率MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理與功率半導(dǎo)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):3014
MOSFET的原意是:MOS(Metal Oxide Semiconductor金屬氧化物半導(dǎo)體),F(xiàn)ET(Field Effect Transistor場效應(yīng)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(yīng)來控制半導(dǎo)體(S)的場效應(yīng)晶體管。

功率場效應(yīng)晶體管也分為結(jié)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(jié)型功率場效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管(Static Induction Transistor——SIT)。
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其特點(diǎn)是用柵極電壓來控制漏極電流,驅(qū)動(dòng)電路簡單,需要的驅(qū)動(dòng)功率小,開關(guān)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(jié)構(gòu)和工作原理

功率MOSFET的種類:按導(dǎo)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(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道,增強(qiáng)型;對于N(P)溝道器件,柵極電壓大于(小于)零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道,功率MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)型。

1 功率MOSFET的結(jié)構(gòu)

功率MOSFET的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣符號(hào)如圖1所示;其導(dǎo)通時(shí)只有一種極性的載流子(多子)參與導(dǎo)電,是單極型晶體管。導(dǎo)電機(jī)理與小功率mos管相同,但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別,小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷?,功率MOSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu),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(dǎo)電結(jié)構(gòu)的差異,又分為利用V型槽實(shí)現(xiàn)垂直導(dǎo)電的VVMOSFET和具有垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)散MOS結(jié)構(gòu)的VDMOSFET(Vertical Double-diffused MOSFET),本文主要以VDMOS器件為例進(jìn)行討論。

功率MOSFET為多元集成結(jié)構(gòu),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(jié)J1反偏,漏源極之間無電流流過。
導(dǎo)電:在柵源極間加正電壓UGS,柵極是絕緣的,所以不會(huì)有柵極電流流過。但柵極的正電壓會(huì)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(dāng)UGS大于UT(開啟電壓或閾值電壓)時(shí),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(dǎo)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(jié)J1消失,漏極和源極導(dǎo)電。

功率MOSFET的基本特性

2.1靜態(tài)特性
其轉(zhuǎn)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(guān)系稱為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性,ID較大時(shí),ID與UGS的關(guān)系近似線性,曲線的斜率定義為跨導(dǎo)Gfs。

MOSFET的漏極伏安特性(輸出特性):截止區(qū)(對應(yīng)于GTR的截止區(qū));飽和區(qū)(對應(yīng)于GTR的放大區(qū));非飽和區(qū)(對應(yīng)于GTR的飽和區(qū))。電力 MOSFET工作在開關(guān)狀態(tài),即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)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(shí)器件導(dǎo)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(shí)的均流有利。
2.2動(dòng)態(tài)特性
其測試電路和開關(guān)過程波形如圖3所示。


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

上升時(shí)間tr —— uGS從uT上升到MOSFET進(jìn)入非飽和區(qū)的柵壓UGSP的時(shí)間段;

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

開通時(shí)間ton —— 開通延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和。

關(guān)斷延遲時(shí)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(shí),iD開始減小為零的時(shí)間段。

下降時(shí)間tf —— uGS從UGSP繼續(xù)下降起,iD減小,到uGS?!?/p>

關(guān)斷時(shí)間toff —— 關(guān)斷延遲時(shí)間和下降時(shí)間之和。

三、功率器件清洗

為應(yīng)對能源危機(jī)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(yīng)用,促進(jìn)了大功率電力電子變流裝置的廣泛應(yīng)用。大功率變流裝置的可靠性對這些應(yīng)用而言十分重要。裝置的可靠性與其核心器件功率半導(dǎo)體器件密切相關(guān)。

目前,大量的功率半導(dǎo)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(chǎn)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(dǎo)體器件清洗。對此,合明提出新型的功率半導(dǎo)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(dǎo)體器件凹槽內(nèi)存在大量的錫膏殘留的同時(shí)去除金屬界面高溫氧化膜,更含有保護(hù)芯片獨(dú)特的材料;配方材料親水性強(qiáng),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(dǎo)體器件功率器件。

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


Tips:

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以上為本公司一些經(jīng)驗(yàn)的累積,因工藝問題內(nèi)容廣泛,沒有面面俱到,只對常見問題作分析,隨著電子產(chǎn)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(chǎn)品的創(chuàng)新,做到與時(shí)俱進(jìn),熟悉各種生產(chǎn)復(fù)雜工藝,能為各種客戶提供全方位的工藝、設(shè)備、材料的清洗解決方案支持。

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