Tổng Quan Về MOSFET Công Suất – Thế Giới điện Cơ

FET là những linh phụ kiện có dòng điện hoạt động giải trí không lớn, chỉ khoảng chừng vài chục mA. Cho đến cuối những năm 1970, khi người Nhật đưa ra những transistor MOS “ đường rãnh dọc ” thì những MOSFET công suất mới sản xuất và ứng dụng can đảm và mạnh mẽ, có khuynh hướng sửa chữa thay thế cho những transistor lưỡng cực ( BJT ). Do có nhiều ưu điểm và nhất là được tinh chỉnh và điều khiển bằng điện áp, thay vì bằng dòng điện. Cần nhớ rằng để lái cho một transistor công suất lưỡng cực BJT, thì dòng cực nền cũng phải bằng một phần năm dòng cực thu được nhu yếu để giữ cho linh phụ kiện ở trạng thái ON. Cũng vậy, những dòng lái cực nền ngược cao hơn được nhu yếu để đạt được tắt nhanh. Những hạn chế này đã làm cho việc phong cách thiết kế mạch lái cực nền thêm phức tạp và cho nên vì thế BJT có giá cao hơn MOSFET công suất .
Hiện nay, những MOSFET công suất được sản xuất bởi toàn bộ những công ty sản xuất linh phụ kiện bán dẫn rời ( Diodes-Inc, Fairchild, Intersil, IR, ON Semiconductor, Siliconix, Supertex, TI, Vishay, và Zetex, cùng với những công ty châu Âu như Amperex, Ferranti, Infineon, NXP, và ST, và nhiều công ty Nhật như là Renesas và Toshiba ). Các MOSFET công suất được những công ty đặt cho những tên gọi khác nhau : VMOS, TMOS, DMOS dọc, và HEXFET. Ngay cả so với những transistor công suất truyền thống cuội nguồn có vỏ bọc như TO-220, TO-247 / và D-PAK, chúng cũng hoàn toàn có thể hoạt động giải trí với điện áp cao đáng kinh ngạc ( lên đến 1500 V hoặc hơn ), và những dòng đỉnh hơn 1000 A ( những dòng liên tục là 200 A ), với RON dưới 0,001 Ω. Các MOSFET bán rẻ hơn một dollar nhiều, và chúng có đủ tất những dạng vỏ bọc thường thì của transistor. Bạn cũng hoàn toàn có thể lấy chuỗi MOSFET trong dạng vỏ bọc IC nhiều chân tiêu chuẩn như là vỏ hai hàng chân truyền thống ( DIP ) và những dạng dán mặt phẳng khác nhau như SOT-23, SOIC, và TSOP. Trớ trêu, những MOSFET điện áp thấp rời giờ đây khó tìm thấy, trong khi không có sự thiếu thốn của những MOSFET công suất .

Các MOSFET công suất được sản xuất từ nhiều hãng sản xuất, tạo ra các lợi ích của MOSFET (tổng trở vào cao, dễ dàng mắc song song, không tồn tại “second breakdown”) có thể áp dụng được vào các mạch công suất. Nói một cách tổng quát, các MOSFET công suất dễ sử dụng hơn các transistor công suất lưỡng cực truyền thống. Tuy nhiên, cần xem xét các hiệu ứng do tụ ký sinh, và các sự thay thế phóng túng của các MOSFET trong các ứng dụng chuyển mạch có thể dẫn đến phá sản nhanh chóng. Bài viết này nhằm giới thiệu đến các bạn một cái nhìn tổng quan về MOSFET công suất. Những chi tiết về tham số và ứng dụng của nó sẽ được trình bày ở các bài viết tiếp theo.

Các cấu trúc của MOSFET công suất

Một số cấu trúc đã được khám phá vào những năm 70, khi các MOSFET thương mại đầu tiên được giới thiệu. Tuy nhiên, hầu hết chúng đã bị loại bỏ (ít nhất cho đến bây giờ) để ủng hộ cấu trúc Vertical Diffused MOS còn gọi là Double-Diffused MOS hoặc đơn giản là VDMOS và cấu trúc LDMOS (Literal Diffused MOS).

Bạn đang đọc: Tổng Quan Về MOSFET Công Suất – Thế Giới điện Cơ

VVMOSFET (Vertical V-Groove MOSFET)

VVMOS có hai nối đến cực nguồn, một nối cực cửa ở trên đỉnh và nối cực máng ở đáy, như hình 1. Kênh dẫn được cảm ứng dọc theo những mặt của rãnh hình-V giữa cực máng ( nền n +, ở đó n + có nghĩa là một lớp được cấy tạp chất cao hơn n ̶ ) và những liên kết cực nguồn. Chiều dài kênh dẫn l được xác lập bởi bề dày của những lớp bán dẫn, mà nó được điều khiển và tinh chỉnh bởi những tỷ lệ tạp chất và thời hạn khuếch tán. Cấu tạo kênh dẫn dọc theo khe rãnh-V làm cho chiều dài kênh dẫn ngắn hơn loại kênh dẫn nằm ngang của LDMOS và những MOSFET truyền thống cuội nguồn .
Và việc sắt kẽm kim loại hóa cực cửa, cực nguồn được triển khai. Transistor lưỡng cực ( BJT ) ký sinh, song song là đặc tính của cấu trúc MOS được trình diễn rõ ràng trong linh phụ kiện này. Để giảm nhỏ ảnh hưởng tác động của nó trên những hoạt động giải trí đúng của transistor MOS kênh n, đoạn nối cực nguồn đến kinh dẫn thường được làm ngắn lại, như được màn biểu diễn trong hình 1 a. Điều này cũng vô hiệu một diode tiếp xúc pn ký sinh nối cực nguồn và máng .

Chiều dài kênh dẫn l được xác lập bởi chiều sâu việc khuếch tán. Độ rộng cực nền của một BJT cũng được xác lập theo cùng cách. Một giá trị tiêu biểu vượt trội của l sẽ là một hoặc hai micrometer. Một bất lợi phải trả giá cho cấu trúc VVMOS là tính hoạt động của electron bị giảm trong những kênh dẫn bên dưới những mặt của rãnh-V, trong việc so sánh với những linh phụ kiện MOS thường thì .
Bởi vì vùng n ít tạp chất hơn kênh dẫn p, lớp nghèo hạt dẫn chỉ lan rộng ra một đường nhỏ vào trong kênh dẫn, và hầu hết điện áp bị rơi trên trên lớp nghèo hạt dẫn. Chỉ số xếp loại dòng điện đạt được bằng cách nối nhiều rãnh song song, như hình vẽ 1.8 b .
Mỗi cực cửa của VVDMOS tinh chỉnh và điều khiển dòng từ hai cực nguồn, một từ mặt này hay mặt kia của rãnh, khi nó chảy đến cực cửa chung. Dòng tập trung chuyên sâu tại đỉnh hẹp của rãnh, như trong hình 2 a, hoàn toàn có thể hạn chế chỉ số xếp hạng dòng điện hữu dụng của linh phụ kiện. Trong trạng thái tắt đỉnh nhọn sẽ gây ra một vùng cục bộ điện trường cao, và điều này hoàn toàn có thể hạn chế chỉ số xếp hạng mức điện áp. Bằng cách sắp xếp việc khắc rãnh sẽ dừng lại trước khi tạo thành đỉnh, ta có cấu trúc rãnh-U trình diễn trong hình 2 b và hoàn toàn có thể giảm đi cả hai yếu tố này .

Bởi vì những yếu tố điều khiển và tinh chỉnh quy trình khắc acid có khó khăn vất vả, VVMOSFET khó để sản xuất. Đến một quy mô lớn chúng bị bỏ đi bởi một loại khác của transistor MOS dọc, tất cả chúng ta sẽ tập trung chuyên sâu trên yếu tố này .
Chúng ta đã được thấy hoàn toàn có thể sử dụng hai sự khuếch tán liên tục ( khuếch tán-kép ), tiên phong một sự khuếch tán sử dụng Bo, rồi một sự khuếch tán sử dụng Phosphor, để tạo ra hai tiếp xúc pn đặt cách nhau. Điều này là thực chất để sản xuất những BJT và hoàn toàn có thể sử dụng để xác lập chiều dài kênh dẫn trong những transistor VVMOS. Sự trải rộng ra theo những bên khác nhau của hai sự khuếch tán hoàn toàn có thể được sử dụng theo cùng cách. Kỹ thuật này được vận dụng tiên phong cho linh phụ kiện LITERAL MOS. Cấu trúc của linh phụ kiện được trình diễn trong hình 4. Chúng ta sẽ xem nó là một “ transistor DMOS đúng nghĩa ” LDMOS, ở đây chữ D có nghĩa là hai lần khuếch tán ( khuếch tán-kép ), chiều dài kênh dẫn thì không còn phụ thuộc vào vào in ảnh lito, nhưng vào sự tinh chỉnh và điều khiển sự trải rộng ra của những sự khuếch tán Bo và Phosphor liên tục xuyên qua cùng hành lang cửa số oxid .

Cấu trúc MOS dọc được khuếch tán hai lần, nó đã trở nên rất quan trọng và chúng ta sẽ xem nó là VDMOS. Hình 1.11 biểu diễn, sử dụng kỹ thuật khuếch tán-kép để xác định chiều dài l, và nó cung cấp điện áp cực máng dọc trong lớp ghép n–

Xem thêm:  Sửa máy điều hòa tại Gia Lai uy tín tốt nhất

LDMOS (Literal Diffused MOS)

Kênh dẫn ngắn hơn tác dụng là trở kháng thấp hơn, nó được cho phép dòng và áp cao hơn. Hình 3 b trình diễn cấu trúc cơ bản của một LDMOS. Hình 1.10 cũng minh họa cho một LDMOS, trong đó l là chiều dài kênh dẫn. Chiều dài này một là yếu tố quyết định hành động cho trở kháng kênh dẫn tức RON của MOSFET công suất, nó cũng biểu lộ nhiều MOSFET được tạo ra trên cùng một nền p ̶ ( trong hình là 2 ) những cực của nó được nối chung với nhau tạo thành những MOSFET mắc song song nhau, điều này càng làm giảm nhỏ trở kháng kênh dẫn. LDMOS là một transistor cấu trúc khuếch tán-kép thông thường, có kênh dẫn nằm ngang và là một MOSFET loại giàu được phong cách thiết kế cho những ứng dụng công suất. Khi cực cửa dương, một kênh dẫn rất ngắn được cảm ứng trong lớp p giữa cực nguồn ít hạt dẫn và vùng n. Các hạt dẫn chính đi từ cực nguồn đến cực máng qua những miền n và kênh dẫn cảm ứng như được chỉ ra. Linh kiện này có một kênh giữa máng và nguồn ngắn hơn loại MOSFET loại giàu quy ước ( hình 3 a ). ( Kênh dẫn của loại MOSFET quy ước được tạo ra, do những hạt dẫn từ nền loại p khuếch tán và được hút, khi cực cửa dương, tích tụ bên dưới lớp SiO2 dưới cực cửa tạo thành ) .
Cấu trúc này gọi là đa kênh. Đây là một cấu trúc trong việc sản xuất MOSFET công suất ( hình 5 ) .

VDMOS (Vertical Diffused MOS)

Vertical Diffused MOS là một cấu trúc phổ cập nhất của MOSFET công suất. Cấu trúc này tránh được hai bất lợi chính của LDMOS là cấu trúc cực máng ít tạp chất, dẫn đến một diện tích quy hoạnh mặt phẳng có giá trị sử dụng bị lấy để phân phối điện áp cực máng. Vấn đề thứ hai là những LDMOST phát sinh nhu yếu tạo ra những liên kết ( đến cực nguồn, cực cửa, và cực máng ) trên cùng bên trên mặt phẳng. Cả hai tác động ảnh hưởng làm giảm diện tích quy hoạnh silicon hiệu suất cao dùng để tạo thành những vùng transistor tích cực. Như vậy, có một thông số sử dụng silicon thấp. Kết quả, những LDMOS công suất ít được sử dụng như những linh phụ kiện rời, trừ ra trong vài ứng dụng tuyến tính. Chúng được sử dụng nhiều trong những IC công suất .

TMOS là tên gọi của Motorola cho VDMOS, một nâng cấp cải tiến của VVMOS kênh dẫn dọc. Cấu trúc kênh dẫn dọc của TMOS được vẽ trong hình 6. Cấu trúc cực cửa được nhúng trong lớp polysilicon, và liên kết cực nguồn là liên tục hết hàng loạt diện tích quy hoạnh mặt phẳng. Cực máng ở dưới đáy. TMOS có tỷ lệ đóng gói hơn VVMOS, trong khi vẫn duy trì quyền lợi kênh dẫn ngắn. Có nhiều tranh cãi cho tên gọi VDMOS. Trong những phần dưới đây ta sẽ gọi TMOS là VDMOS. Dòng chảy của electron được vẽ trong hình 7 .

Cấu trúc tế bào của VDMOSFET

Một tăng trưởng quan trọng trong công nghệ tiên tiến mạch tích hợp MOS trong những năm 70 là việc sử dụng polycrystalline silicon, hơn là nhôm, để tạo thành điện cực cực cửa. Nó có 1 số ít tiện ích cho MOSFET công suất như :
Đơn giản hóa việc nối sắt kẽm kim loại : một lớp oxide hoàn toàn có thể được tạo ra trên lớp poly-Si, và bọc kim cực cửa thì hoàn toàn có thể được lan rộng ra trên toàn mặt phẳng trên ( hình 6 ) .

Lớp poly-Si có thể được đặt với độ chính xác lớn, và oxid cực cửa ổn định hơn, ít xảy ra nhiểm bẩn hơn khi một kết nối cực cửa nhôm được sử dụng. Kết quả điều khiển điện áp ngưỡng tốt hơn.
Cực nguồn tự xếp hàng tự động với bên cạnh cực cửa.
Một bất lợi của polycrystalline silicon là nó có một trở kháng cao hơn nhôm. Một giá trị tiêu biểu là 30 Ω trên inch vuông. Điều này làm tăng lên trở kháng cửa 1-2 Ω, đủ để hạn chế hoạt động ở tần số cao bởi vì cần nạp cho điện dung cực cửa. Đây là một mặt mà hoạt động của linh kiện với cực cửa nhôm có thể ưu việt hơn.

Sự sử dụng tốt nhất của silicon đạt được, do sản xuất các FET trong một cấu trúc tế bào, như vẽ trong hình 8. Vài sơ đồ khác nhau được sử dụng, như tế bào hình lục giác (Hexagonal) hình 8a, tế bào hình vuông. Và khả năng đạt được dòng cao bằng cách nối nhiều tế bào song song với nhau.

Xem thêm: Sửa máy điều hòa tại Đồng Tháp uy tín nhất

Quan trọng hiểu rõ giá trị sự thành công xuất sắc của VDMOS không phụ thuộc vào vào một bước ý tưởng chính nào, mà là hiệu quả của sự tích hợp một số ít những đặc tính quan trọng với nhau. Những điều này gồm có cấu trúc dọc, quy trình khuếch tán kép, cực cửa polycrystalline silicon, và cấu trúc tế bào. Đi theo điều này, có vài điều quan trọng, nhưng công nghệ tiên tiến tinh luyện tinh xảo hơn đã được thông tin theo những cách khác nhau, bởi nhiều nhà phân phối khác nhau và do vậy hoạt động giải trí của linh phụ kiện được cải tổ vững chãi .
Phần tích cực của linh phụ kiện gồm có nhiều thành phần được nối song song để cho một năng lực giải quyết và xử lý dòng cao với dòng điện được chảy dọc qua chip. Mật độ tế bào được xác lập bởi những nhu yếu dung sai in ảnh lito trong việc định nghĩa những hành lang cửa số trong polysilicon và oxid cửa-nguồn và cũng bởi độ rộng của đường polysilicon giữa những tế bào cạnh nhau. Giá trị tốt nhất cho độ rộng đường và do đó tỷ lệ tế bào đổi khác như một hàm số của thông số điện áp máng-nguồn. Điển hình những tỷ lệ là 1,6 triệu tế bào trên một inch vuông cho những loại điện thế thấp và 350.000 tế bào trên một inch vuông cho những loại điện thế cao. Dãy tế bào được bao quanh bởi một cấu trúc số lượng giới hạn gờ cạnh để tinh chỉnh và điều khiển sự phân phối điện trường trong trạng thái tắt của linh phụ kiện .

Hy vọng rằng chia sẻ của thegioidienco.com sẽ cung cấp cho bạn những thông tin bổ ích trong quá trình học tập và nghiên cứu nhé!

Source: https://suachuatulanh.org
Category : Thợ Điều Hòa