功率MOSFET屬于電壓型控制器件。它依靠多數(shù)載流子工作,因而具有許多優(yōu)點(diǎn):能與集成電路直接相連;開關(guān)頻率可在數(shù)兆赫以上(可達(dá)100MHz),比雙極型功率晶體管(GTR)至少高10倍;導(dǎo)通電阻具有正溫度系數(shù),器件不易發(fā)生二次擊穿,易于并聯(lián)工作。與GTR相比,功率MOSFET的導(dǎo)通電阻較大,電流密度不易提高,在100kHz以下頻率工作時,其功率損耗高于GTR。此外,由于導(dǎo)電溝道很窄(微米級),單元尺寸精細(xì),其制作也較GTR困難。在80年代中期,功率MOSFET的容量還不大(有100A/60V,75A/100V,5A/1000V等幾種)。電力電子器件又稱為功率半導(dǎo)體器件,主要用于電力設(shè)備的電能變換和控制電路方面大功率的電子器件.杭州光伏逆變功率器件MOS產(chǎn)品選型產(chǎn)品選型
SGT MOSFET,即屏蔽柵溝槽MOSFET(Shielded Gate Trench MOSFET),是一種半新型的功率半導(dǎo)體器件。它基于傳統(tǒng)溝槽MOSFET技術(shù),并通過結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)來提升性能,特別是在降低導(dǎo)通電阻和開關(guān)損耗方面表現(xiàn)出色。接下來,我們將詳細(xì)介紹SGT MOSFET的特點(diǎn)、優(yōu)勢以及應(yīng)用領(lǐng)域。
SGT MOS的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)創(chuàng)新是將傳統(tǒng)MOSFET的單柵極拆分為兩個柵極:
控制柵(Control Gate):位于溝槽頂部,直接控制溝道的開啟與關(guān)閉,與傳統(tǒng)MOSFET柵極功能類似。
屏蔽柵(Shield Gate):位于溝槽側(cè)壁或底部,通常與源極連接(而非漏極),通過電場屏蔽效應(yīng)優(yōu)化器件內(nèi)部的電場分布。垂直溝槽結(jié)構(gòu):電流路徑垂直于芯片表面,縮短漂移區(qū)長度(Drift Region),降低導(dǎo)通電阻(Rds(on))。 中國臺灣PD 快充功率器件MOS產(chǎn)品選型中低壓MOS產(chǎn)品功率器件屬于分立器件,單獨(dú)封裝且功能不可拆分(如IGBT單管);
平面結(jié)構(gòu)晶體管的缺點(diǎn)是如果提高額定電壓,漂移層會變厚,因此導(dǎo)通電阻會增加。MOSFET的額定電壓取決于垂直方向的漂移區(qū)的寬度和摻雜參數(shù)。為了提高額定電壓等級,通常增加漂移區(qū)的寬度同時降低摻雜的濃度,但會造成MOSFET的導(dǎo)通電阻大幅增加。同時,也是為了克服平面MOSFET的局限性,超結(jié)MOSFET應(yīng)運(yùn)而生。超結(jié)MOSFET利用了一種創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),明顯降低了導(dǎo)通電阻,同時維持了高擊穿電壓。那么,接下來要重點(diǎn)討論超結(jié)MOSFET(super junction mosfet)。
超結(jié)MOS(Super Junction Metal-Oxide-Semiconductor,簡稱SJ-MOS)是電力電子領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的一類功率器件,其主要特征是在傳統(tǒng)MOSFET基礎(chǔ)上引入了超結(jié)結(jié)構(gòu),使其在高電壓、大電流條件下具備更優(yōu)越的性能。超結(jié)MOS器件相較于傳統(tǒng)的MOSFET有著更低的導(dǎo)通電阻和更高的耐壓性能,廣泛應(yīng)用于高效能電力轉(zhuǎn)換領(lǐng)域,如開關(guān)電源、逆變器、電動汽車、光伏發(fā)電等。
單個電力電子器件能承受的正、反向電壓是一定的,能通過的電流大小也是一定的。因此,由單個電力電子器件組成的電力電子裝置容量受到限制。所以,在實(shí)用中多用幾個電力電子器件串聯(lián)或并聯(lián)形成組件,其耐壓和通流的能力可以成倍地提高,從而可極大地增加電力電子裝置的容量。器件串聯(lián)時,希望各元件能承受同樣的正、反向電壓;并聯(lián)時則希望各元件能分擔(dān)同樣的電流。但由于器件的個異性,串、并聯(lián)時,各器件并不能完全均勻地分擔(dān)電壓和電流。所以,在電力電子器件串聯(lián)時,要采取均壓措施;在并聯(lián)時,要采取均流措施。MOS管封裝是芯片穩(wěn)定工作的關(guān)鍵,提供保護(hù)、散熱與電氣連接。
功率器件主要應(yīng)用領(lǐng)域:
電源:開關(guān)電源、不間斷電源、充電器(手機(jī)、電動車快充)、逆變器。
電機(jī)驅(qū)動:工業(yè)變頻器、電動汽車驅(qū)動電機(jī)控制器、家用電器(如空調(diào)壓縮機(jī)、洗衣機(jī)電機(jī)控制)。
電力轉(zhuǎn)換與控制:太陽能/風(fēng)能發(fā)電并網(wǎng)逆變器、高壓直流輸電、工業(yè)電源。
照明:LED驅(qū)動電源。
消費(fèi)電子:大功率音響功放、大型顯示設(shè)備背光電。
簡單來說,功率器件就是“電力世界的大力士開關(guān)”,負(fù)責(zé)在高壓大電流環(huán)境下高效地控制、切換和傳輸電能。 它的性能和效率對能源利用、電子設(shè)備性能有著至關(guān)重要的影響。 對于高功率場景,優(yōu)先考慮散熱能力強(qiáng)的TO系列或D2PAK;杭州光伏逆變功率器件MOS產(chǎn)品選型產(chǎn)品選型
SOT是一種貼片型小功率晶體管封裝,這種封裝以小巧體積和良好可焊性見稱,廣泛應(yīng)用于低功率場效應(yīng)管中。杭州光伏逆變功率器件MOS產(chǎn)品選型產(chǎn)品選型
SGT MOS結(jié)構(gòu)優(yōu)勢電場優(yōu)化與高耐壓:
屏蔽柵的電場屏蔽作用:屏蔽柵將漏極的高電場從控制柵下方轉(zhuǎn)移至溝槽側(cè)壁,避免柵氧化層因電場集中而擊穿。橫向電場均勻化:通過電荷平衡技術(shù)(類似超結(jié)原理),漂移區(qū)的電場分布從傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的“三角形”變?yōu)椤熬匦巍保?**提升擊穿電壓(BV)。
BV提升實(shí)例:在相同外延層參數(shù)下,SGT的BV比傳統(tǒng)溝槽MOS提高15%-25%(例如原設(shè)計(jì)100V的器件可達(dá)120V)。低導(dǎo)通電阻(Rds(on)):垂直電流路徑:消除平面MOS中的JFET效應(yīng),漂移區(qū)電阻(Rdrift)降低40%-60%。短溝道設(shè)計(jì):分柵結(jié)構(gòu)允許更短的溝道長度(可至0.1μm以下),溝道電阻(Rch)降低30%-50%。 杭州光伏逆變功率器件MOS產(chǎn)品選型產(chǎn)品選型