简单认识功率金属-氧化物-半导体场效应管

功率金属-氧化物-半导体场效应管 （Power MOSFET) 由于输入阻抗高、开关速度快，并且具有负温度系数（温度上升时电流减少），因此被认为是一种理想的开关器件。功率金属-氧化物-半导体场效应管有垂直（或纵向）(Vertical DiffusedMOSFET, VDMOS）和横向（或水平） (Lateral Diffused MOSFET, LDMOS) 两种类型。

垂直型器件的源极和漏极分别制作在圆片上下和两侧。因为电流垂直流过圆片，垂直型器件不适合做成集成电路，通常封装成分立器件，可以承受较大的电流。传统 VDMOS 的结构如图 2-68 所示。超高压器件 （600V 以上）需要100μm 左右的外延层厚度，通态电阻较大。沟槽式栅极 MOSFET 的结构如图2-69所示。沟槽式栅极 MOSFET 有较大的沟道密度，通态电阻较小。采用背面研磨技术（Backside Grinding) 可把圆片厚度研磨至 100μm 以下，有助于降低沟槽式栅极 MOSFET 的内阻。

LDMOS 的结构如图 2-70 所示。制造工艺若可以提供浅槽隔离 ( ShallowTrench Isolation，STI）结构， 则可以将 STI 加在漂移区靠近沟道处，以增加LDMOS 承受电压的能力；如图2-71所示。LDMOS 管可以和集成电路结合。图2-71所示的器件厚度约 10μm 左右，可以耐电压 100~200V，结合低压控制电压和保护电路可以做成智能功率IC 和显示器驱动电路。

耐压 600V 以上的超高压 LDMOS 需要既厚且长的漂移区（接近 100μm)。1979年，J.A.Appels 和 H. Vaes 提出采用薄外延层并使其完全耗尽 成空间电荷区以降低表面电场 (Reduced Surface Field, RESURF)，的概念，可以优化器件的特性。器件漂移区耗尽示意图如图 2-72 所示。

此一观念后续又发展出多重 RESURF 结构的器件，如图 2-73及图2-74所示。

横向超高压器件集成在智能功率集成电路内时，其电流上限受到封装工艺的影响，通常为2A 左右。

超级结（Super Junction）的结构以及沟槽式栅极都可以做在 LDMOS 里，类似的器件结构也都可以用 SOI 工艺制造，如图 2-75 所示。

审核编辑：汤梓红