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VMOSFET內部結構及原理
VMOSFET內部結構及原理

MOS 器件在剛開始階段一直用于小功率電路，自從 VMOS 技術被移植到 MOS 功率器件后，使得半導體功率器件得到很大突破： MOSFET 雖然漏極電流可達到數安培，漏源電壓也可達到 IOOV 以上，但由于漏源導通電阻大、頻率特性差、硅片面積利用率低等缺點，使得 MOSFET 在功率上有很大限制。 VMOSFET 保留了 MOSFET 的全部優點，而且具有短溝道、高電阻漏極漂移區和垂直導電電路等特點，大大提高了器件的耐壓能力、電流處理能力和開關速度，使 MOS 器件從小功率范圍跨進大功率器件行列。現在為止， VMOSFET 的耐壓水平已經提高到 I000V 以上，電流處理能力能達到幾百安培。 VMOSFET 具有 VVMOS 、 VDMOS 兩種結構：



上圖畫出了 VVMOS 管的結構示意圖，這種結構是在 N ＋襯底的 N 一外延層上，先后進行 P 型區 N ＋型區兩次擴散，然后利用晶體硅的各向異性刻蝕技術，造出 V 型槽。槽的開口深度由開口寬度決定，槽壁與硅平面成 54.70 度角。溝道長度由擴散的深度差決定，在 1 一 2 微米之間。漏極從芯片的背面引出。這種結構第一次改變了 MOSFET 的電流方向，電流不在是沿表面水平方向流動，而是從 N ＋源極出發，經過與表面成 54 . 7 度的溝道流到 N 一漂移區，然后垂直地流動到漏極。

VDMOS 結構介紹：



上圖簡單畫出了 VDMOS 管的結構示意， VDMOS 管主要應用在大功率場合。 VDMOS 的意思是垂直導電雙擴散結構，與 VVMOS 管不同，它不利用 V 型導電槽構成導電溝道，而是利用兩次擴散形成的 P 型區和 N ＋型區，在硅片表面處的結深度之差形成導電溝道。電流在溝道內沿表面流動，然后垂直地被漏極接收。 VDMOS 是 MOS 管大功率化邁出的一大步。

vDMos 管的襯底是重攙雜單晶硅片，其上外延生長一個高阻 N 一型層[最終成為漂移區，該層電阻率以及外延厚度決定了器件的耐壓水平］

，在 N-外延上經過 P 型和 N 型的兩次擴散，形成 N+_N-_P_N＋結構。如果在 P 型區做金屬歐姆接觸電極，就構成了雙極型 NPN 晶體管，實際上， P 區并不直接引出電極，而是形成一個 MOS 柵結構。若電流 Id 從N＋漏極沿圖中的虛線經過N-區流向N＋源極時，間隔著一個 P 型體區，由兩次擴散形成的結深度差形成溝道。柵極為零偏壓時， Id 被 P 型體區阻隔，漏源之間的電壓 VdS 加在 P_N-反向結上，整個器件處于阻斷狀態。當柵極正偏壓超過閩值電壓 Vt 時，溝道由 P 型變成 N＋區型，這個反型的溝道成為了 Id 的電流通道，整個器件又處于導通狀態。它依靠 N＋型溝道來導電，所以稱之為 N 溝道 VDMOS 管。若將各個半導體層型全部更換稱反型，就得到 P 溝道 VDMOS 管。因為電子的遷移率比空穴高三倍左右，從而減小導通電阻或增加導通電流，或減小硅面積都常用 N 溝道工藝。若需要 P 溝道器件時，成本價格都會比較局。