VMOSFET内部结构及原理
VMOSFET内部结构及原理

MOS 器件在刚开始阶段一直用于小功率电路，自从 VMOS 技术被移植到 MOS 功率器件后，使得半导体功率器件得到很大突破： MOSFET 虽然漏极电流可达到数安培，漏源电压也可达到 IOOV 以上，但由于漏源导通电阻大、频率特性差、硅片面积利用率低等缺点，使得 MOSFET 在功率上有很大限制。 VMOSFET 保留了 MOSFET 的全部优点，而且具有短沟道、高电阻漏极漂移区和垂直导电电路等特点，大大提高了器件的耐压能力、电流处理能力和开关速度，使 MOS 器件从小功率范围跨进大功率器件行列。现在为止， VMOSFET 的耐压水平已经提高到 I000V 以上，电流处理能力能达到几百安培。 VMOSFET 具有 VVMOS 、 VDMOS 两种结构：



上图画出了 VVMOS 管的结构示意图，这种结构是在 N ＋衬底的 N 一外延层上，先后进行 P 型区 N ＋型区两次扩散，然后利用晶体硅的各向异性刻蚀技术，造出 V 型槽。槽的开口深度由开口宽度决定，槽壁与硅平面成 54.70 度角。沟道长度由扩散的深度差决定，在 1 一 2 微米之间。漏极从芯片的背面引出。这种结构第一次改变了 MOSFET 的电流方向，电流不在是沿表面水平方向流动，而是从 N ＋源极出发，经过与表面成 54 . 7 度的沟道流到 N 一漂移区，然后垂直地流动到漏极。

VDMOS 结构介绍：



上图简单画出了 VDMOS 管的结构示意， VDMOS 管主要应用在大功率场合。 VDMOS 的意思是垂直导电双扩散结构，与 VVMOS 管不同，它不利用 V 型导电槽构成导电沟道，而是利用两次扩散形成的 P 型区和 N ＋型区，在硅片表面处的结深度之差形成导电沟道。电流在沟道内沿表面流动，然后垂直地被漏极接收。 VDMOS 是 MOS 管大功率化迈出的一大步。

vDMos 管的衬底是重搀杂单晶硅片，其上外延生长一个高阻 N 一型层[最终成为漂移区，该层电阻率以及外延厚度决定了器件的耐压水平］

，在 N-外延上经过 P 型和 N 型的两次扩散，形成 N+_N-_P_N＋结构。如果在 P 型区做金属欧姆接触电极，就构成了双极型 NPN 晶体管，实际上， P 区并不直接引出电极，而是形成一个 MOS 栅结构。若电流 Id 从N＋漏极沿图中的虚线经过N-区流向N＋源极时，间隔着一个 P 型体区，由两次扩散形成的结深度差形成沟道。栅极为零偏压时， Id 被 P 型体区阻隔，漏源之间的电压 VdS 加在 P_N-反向结上，整个器件处于阻断状态。当栅极正偏压超过闽值电压 Vt 时，沟道由 P 型变成 N＋区型，这个反型的沟道成为了 Id 的电流通道，整个器件又处于导通状态。它依靠 N＋型沟道来导电，所以称之为 N 沟道 VDMOS 管。若将各个半导体层型全部更换称反型，就得到 P 沟道 VDMOS 管。因为电子的迁移率比空穴高三倍左右，从而减小导通电阻或增加导通电流，或减小硅面积都常用 N 沟道工艺。若需要 P 沟道器件时，成本价格都会比较局。