MOS管導(dǎo)通電阻詳細(xì)分析-管
MOS管內(nèi)阻
當(dāng)UGS小于一定值時N溝道升壓MOS導(dǎo)通，當(dāng)UGS大于一定值時P溝道升壓MOS導(dǎo)通。
MOS管雖然全導(dǎo)通電阻變大電壓如何變化，但內(nèi)部也存在導(dǎo)通電阻。 RDS(ON)是指UGS=10V時D、S極之間的內(nèi)部導(dǎo)通電阻。
導(dǎo)通內(nèi)阻RDS(ON)不是一個固定值，它與溫度有關(guān)，溫度越高，RDS(ON)越大。
例如，右圖是MOS管的RDS(ON)與結(jié)溫的關(guān)系。
可以看出，在不同的結(jié)溫下，會有不同的RDS(ON)，例如20℃時為0.75Ω。
使用MOS管設(shè)計開關(guān)電源或驅(qū)動電路時，通常需要考慮MOS的內(nèi)阻。
當(dāng)電壓流過D極和S極時，在此內(nèi)阻上會消耗能量，這部分消耗的能量稱為導(dǎo)通損耗。
選擇導(dǎo)通內(nèi)阻小的MOS管，可以減少一定的導(dǎo)通損耗。 如今，小功率MOS管的導(dǎo)通內(nèi)阻通常在幾毫歐到幾十毫歐左右。
如果想要更高的耐壓，內(nèi)部結(jié)構(gòu)必須做得更厚，所以MOS的耐壓越高，導(dǎo)通電阻RDS(ON)就越大。
導(dǎo)通內(nèi)阻的大小不僅可以通過查閱芯片的數(shù)據(jù)指南來查看，也可以自己進(jìn)行簡單的測試。 在導(dǎo)通的情況下，測量流過MOS的電壓ID和電流UDS。 電流UDS乘以電壓ID就是導(dǎo)通內(nèi)阻。
增大高壓導(dǎo)通內(nèi)阻的原理與技術(shù)
1、不同耐壓的導(dǎo)通內(nèi)阻分布
對于不同的耐壓，導(dǎo)通內(nèi)阻各部分的內(nèi)阻比分布也不同。 例如，若耐壓為30V，則外延層內(nèi)阻僅為總導(dǎo)通內(nèi)阻的29%，若耐壓為30V，則外延層內(nèi)阻為總導(dǎo)通內(nèi)阻的96.5%。 600V。
由此可以推測，耐壓800V的導(dǎo)通電阻幾乎會被外延層的內(nèi)阻搶占。 為了獲得高阻斷電流，必須使用具有高內(nèi)電阻率的外延層并加厚。 這就是傳統(tǒng)高壓結(jié)構(gòu)導(dǎo)致導(dǎo)通電阻高的根本原因。
2、降低高壓導(dǎo)通內(nèi)阻的思路
雖然減小芯片面積可以增加導(dǎo)通電阻，但增加成本的代價是商業(yè)產(chǎn)品所不允許的。 雖然引入少量自旋傳導(dǎo)可以增加導(dǎo)通壓降，但付出的代價是開關(guān)速率的增加和尾電壓的出現(xiàn)，開關(guān)損耗的降低，以及高速優(yōu)勢的喪失。
上述兩種方法均不能降低高壓導(dǎo)通電阻。 剩下的想法是如何將阻擋大電流的低摻雜高內(nèi)阻區(qū)域與導(dǎo)電溝道的高摻雜低內(nèi)阻區(qū)域分開。
例如，低摻雜、導(dǎo)通時耐壓高的外延層，只能降低導(dǎo)通內(nèi)阻，沒有其他用途。 這樣，能否實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電溝道高摻雜、低內(nèi)阻，并且在關(guān)斷時，盡量使這個溝道以某種形式夾斷，使整個元件的耐壓僅取決于低摻雜N外延層。
基于這些想法，1988年推出了內(nèi)置垂直電場耐壓600V的產(chǎn)品電阻變大電壓如何變化，使這一觀點(diǎn)成為現(xiàn)實(shí)。 圖中所示為內(nèi)置縱向電場的高壓斷面結(jié)構(gòu)和高阻擋電場引起內(nèi)阻的示意圖。
與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的是，內(nèi)置垂直電場的嵌入式垂直P區(qū)將垂直導(dǎo)電區(qū)的N區(qū)夾在中間，這樣當(dāng)其關(guān)斷時，垂直P區(qū)和N區(qū)之間就建立了垂直電場，并且垂直導(dǎo)電區(qū)的N摻雜含量低于其外延區(qū)的N-摻雜含量。
當(dāng)VGS<VTH時，不能產(chǎn)生電場反轉(zhuǎn)形成的N型導(dǎo)電溝道，但在D、S之間施加正電流，使內(nèi)部PN結(jié)反向偏置，產(chǎn)生耗盡層，采用垂直導(dǎo)電的N區(qū)。 做。
該耗盡層具有很高的橫向阻斷電流，如圖(b)所示，此時元件的耐壓取決于P和N-的耐壓。 因此，N-的低摻雜和高內(nèi)阻是必要的。
當(dāng)CGS>VTH時，產(chǎn)生電場反轉(zhuǎn)形成的N型導(dǎo)電溝道。 源極區(qū)的電子通過導(dǎo)電溝道進(jìn)入耗盡的垂直N區(qū)，中和正電荷，從而恢復(fù)耗盡的N型特性，從而產(chǎn)生導(dǎo)電溝道。 由于垂直N區(qū)具有較低的內(nèi)阻，因此與傳統(tǒng)的相比，導(dǎo)通電阻將顯著降低。
從上面的分析可以看出，阻斷電流和導(dǎo)通電阻處于不同的功能區(qū)域。 將阻斷電流和導(dǎo)通內(nèi)阻的功能分開，解決了阻斷電流和導(dǎo)通內(nèi)阻的矛盾，并且阻斷時也將表面PN結(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)檠诼馪N結(jié)，在相同的N摻雜含量下，阻斷電流可以為進(jìn)一步改善。