關(guān)于MOS管導(dǎo)通電阻的詳細(xì)解析-KIA MOS管

MOS管導(dǎo)通電阻

N溝道增強(qiáng)型的MOS是當(dāng)UGS大于一定值時(shí)就會導(dǎo)通,P溝道增強(qiáng)型的MOS是當(dāng)UGS小于一定值時(shí)就會導(dǎo)通。

即使MOS管完全導(dǎo)通后，也是有導(dǎo)通電阻存在的，RDS(ON)是指當(dāng)UGS=10V時(shí)， D、S兩極之間的導(dǎo)通電阻。

導(dǎo)通電阻RDS(ON)的大小并不是一個(gè)固定值,它跟溫度有關(guān)，溫度越高,RDS(ON)就越大。

比如下圖就是一款MOS管的RDS(ON)與結(jié)溫的關(guān)系圖。

可以看到，在不同的結(jié)溫下，會有不同的RDS(ON),比如在20℃時(shí)是0.75Ω。

在使用MOS管設(shè)計(jì)開關(guān)電源或者驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候，一般要考慮一下MOS的導(dǎo)通電阻。

因?yàn)殡娏髟贒極和S極流過時(shí)，就會在這個(gè)電阻上消耗能量,這部分消耗的能量叫做導(dǎo)通損耗。

選擇導(dǎo)通電阻小的MOS管能減小一定的導(dǎo)通損耗，現(xiàn)在小功率的MOS管的導(dǎo)通電阻一般是幾毫歐到幾十毫歐左右。

如果想要耐壓越高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)就要做得越厚，所以耐壓越高的MOS導(dǎo)通電阻RDS(ON)會越大。

導(dǎo)通電阻的大小除了可以通過查閱芯片的數(shù)據(jù)手冊來查看，也可以自己進(jìn)行簡單測量，在導(dǎo)通情況下，測出流過MOS的電流ID和電壓UDS,電壓UDS除以電流ID就是導(dǎo)通電阻了。

降低高壓MOSFET導(dǎo)通電阻的原理與方法

1、不同耐壓的MOSFET的導(dǎo)通電阻分布

不同耐壓的MOSFET，其導(dǎo)通電阻中各部分電阻比例分布也不同。如耐壓30V的MOSFET，其外延層電阻僅為 總導(dǎo)通電阻的29%，耐壓600V的MOSFET的外延層電阻則是總導(dǎo)通電阻的96.5%。

由此可以推斷耐壓800V的MOSFET的導(dǎo)通電阻將幾乎被外 延層電阻占據(jù)。欲獲得高阻斷電壓，就必須采用高電阻率的外延層，并增厚。這就是常規(guī)高壓MOSFET結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的高導(dǎo)通電阻的根本原因。

2、降低高壓MOSFET導(dǎo)通電阻的思路

增加管芯面積雖能降低導(dǎo)通電阻，但成本的提高所付出的代價(jià)是商業(yè)品所不允許的。引入少數(shù)載流子導(dǎo)電雖能降低導(dǎo)通壓降，但付出的代價(jià)是開關(guān)速度的降低并出現(xiàn)拖尾電流，開關(guān)損耗增加，失去了MOSFET的高速的優(yōu)點(diǎn)。

以上兩種辦法不能降低高壓MOSFET的導(dǎo)通電阻，所剩的思路就是如何將阻斷高電壓的低摻雜、高電阻率區(qū)域和導(dǎo)電通道的高摻雜、低電阻率分開解決。

如除導(dǎo)通時(shí)低摻雜的高耐壓外延層對導(dǎo)通電阻只能起增大作用外并無其他用途。這樣，是否可以將導(dǎo)電通道以高摻雜較低電阻率實(shí)現(xiàn)，而在MOSFET關(guān)斷時(shí)，設(shè)法使 這個(gè)通道以某種方式夾斷，使整個(gè)器件耐壓僅取決于低摻雜的N-外延層。

基于這種思想，1988年INFINEON推出內(nèi)建橫向電場耐壓為600V的 COOLMOS，使這一想法得以實(shí)現(xiàn)。內(nèi)建橫向電場的高壓MOSFET的剖面結(jié)構(gòu)及高阻斷電壓低導(dǎo)通電阻的示意圖如圖所示。

與常規(guī)MOSFET結(jié)構(gòu)不同，內(nèi)建橫向電場的MOSFET嵌入垂直P區(qū)將垂直導(dǎo)電區(qū)域的N區(qū)夾在中間，使MOSFET關(guān)斷時(shí)，垂直的P與N之間建立橫向電場，并且垂直導(dǎo)電區(qū)域的N摻雜濃度高于其外延區(qū)N-的摻雜濃度。

當(dāng)VGS＜VTH時(shí)，由于被電場反型而產(chǎn)生的N型導(dǎo)電溝道不能形成，并且D，S間加正電壓，使MOSFET內(nèi)部PN結(jié)反偏形成耗盡層，并將垂直導(dǎo)電的N 區(qū)耗盡。

這個(gè)耗盡層具有縱向高阻斷電壓，如圖（b）所示，這時(shí)器件的耐壓取決于P與N-的耐壓。因此N-的低摻雜、高電阻率是必需的。

當(dāng)CGS＞VTH時(shí)，被電場反型而產(chǎn)生的N型導(dǎo)電溝道形成。源極區(qū)的電子通過導(dǎo)電溝道進(jìn)入被耗盡的垂直的N區(qū)中和正電荷，從而恢復(fù)被耗盡的N型特性，因此導(dǎo)電溝道形成。由于垂直N區(qū)具有較低的電阻率，因而導(dǎo)通電阻較常規(guī)MOSFET將明顯降低。

通過以上分析可以看到：阻斷電壓與導(dǎo)通電阻分別在不同的功能區(qū)域。將阻斷電壓與導(dǎo)通電阻功能分開，解決了阻斷電壓與導(dǎo)通電阻的矛盾，同時(shí)也將阻斷時(shí)的表面PN結(jié)轉(zhuǎn)化為掩埋PN結(jié)，在相同的N-摻雜濃度時(shí)，阻斷電壓還可進(jìn)一步提高。

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