优化VDMOSFET体二极管的方法与意义

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20 0 7年

第 3期 3

优化 V MOS E D F T体二极管的方法与意义张朝杰

(昌学院 0许 4级电子信息工程本科二班【摘

河南许昌 4 6 0 ) 1 0 0

要】垂直双扩散金属一氧化物一半导体场效应晶￣(D V MO F T结构中包含一个由 P阱和 n漂移区构成的寄生二极管。文就 SE )一本

当前同步整流 DC/ DC转换器中大功率 V DMOS E体二极管导电导致的功率损失问题进行了较细致地分析。减小体二极管反向恢复电荷 FT就问题进行了研究。在此基础上，出了优化 V提 DMOSE F T体二极管的意义，不改变工艺流程的前提下，出了优化设计方法。在给

【关键词】功率 MOSE功率 V F T; DMOS E体二极管； F T;优化

一

、

功率 M OSF T的发展 E

三、化 VD优 MOS E F T体二极管的方法功率整流器的开关损耗及导通压降损耗成为电源功率损耗的重

“ S E”英文 mea— xd— e c n u tr il f c a s tr M0 F T是 tl o ie smi d c ed e et rn i o o of t s

的缩写。即“属氧化物半导体场效应晶体管”意金。MO F T的理论在要因素。了提高效率降低损耗，用同步整流技术已成为低电压、 SE为采大 D SE 1 2~ 90年就已经提出 .然晚于场效应晶体管理论。早于双极电流电源模块的一种必然手段。 V MO F T导通电阻是导致同步整 90 13虽但结型晶体管理论 2年。在那时。国的 J .iefl出了：块流器应用中功率损失的原因之一。在大多数情况下，致功率损失的 0多美 . Ll ned提 E i一导半导体的两端分别做一个金属接触并且在半导体表面上覆盖一个金另外一个主要原因是低端 v DM0 S的体二极管。体二极管反向恢复导属板的晶体管模型。Wiim Sok l la hcey在 15 l 9 2年提出了结型场效应晶致的功率损失是功率整流器开关损耗的主要部分。目前优化体管 (E T。D cy和 R s在

15 J F S) ae os 9 3年对它加以改进。八十至九十年 V MO F T体二极管的主要方法有： D SE代是功率 M0 F T兴起的年代。八十年代功率 MO F T与晶闸管并 SE SE行发展。九十年代 MO S器件迅速占领了相当大部分的中小功率器件

( )一少子寿命控制技术寿命控制技术可以通过重金属掺杂和电子辐照。意识地选择某有

市场，其在功率变换领域。是进一步的研究发现， F T结构存种合适地深能级重金属杂质扩散在半导体中，加复合中心，以降尤但 M0S E增可在如下一些缺点：、 V槽的尖端存在很强的电场，一在这会严重地影响低少子寿命；制成的成品器件置于辐照场中，高能电子进行轰击，将用 器件击穿电压的提高；、件导通电阻较大；、槽的腐蚀不大容使半导体中的硅原子脱离正常格点位置而形成氧空位、空位、空二器三 V磷双并从易控制，且栅氧化层暴露，受离子玷污，成阈值电压不稳，靠位等，相应的在硅禁带内形成各种深能级复合中心，而达到控制少而易造可性下降。了克服这些缺点，9 9年 H. .o is人提出了一种不需子寿命的目的。为 17 W C ln等 l

要腐蚀 V槽或 U槽并且不暴露栅氧化层的垂直双扩散 MO S

( )二采用新结构

新结构的主要功能都是从减少少子的存储、快少子的复合抽取 加 ( D S。其中多晶硅栅被埋在源极金属的下面，极电流穿过水平 V MO )源沟道，过栅极下面的积累层再通过垂直 N漂移区流到漏极。种结等方向考虑。于此思路，国仁斯利尔理工大学 ( P )率电子系统 经一这基美 R I功 0V MO F T器件进行了研究提出了一种改构的功率 MO,工艺上与现在高度发展的超大规模集成电路工艺相中心对耐压水平为 5 0的 D S E S容，因此发展很快。

进的 D S结构。反向恢复电荷得到了减少。 M0 ( )三对器件参数进行优化

二、率 VD功 MOS E的应用 FT

很多分立器件提供商都在已有器件的基础上不断的进行改进和 V M0 D S结构器件广泛

应用于便携式电脑、车电子、汽开关电源、 以电机调速和照明节能等领域。为适应各种快速微处理器、携式电子优化。工艺线上较小的改变来得到更优的性能。从而大幅提高产品便 DM0 F T最常见的用途是作为高频开关在通态和 SE产品和服务器供电的需求，电压大电流输出变换器的研究成为十分的性价比。功率 V低这重要的课题之一。在低电压大电流输出的情况下，用一般的二极管断态之间来回切换，使我们能以最小的器件损耗来控制很大的负载使

MO F T寄生电容也较大而渡越时间很小，典型值在整流，难达高效率。采用低导通电阻的 V MO F T作为整流管是功率。功率 VD S E很而 D SE O~0p之所 S晶体管的频率响应受限于其寄生电容克服这一障碍的有效途径。V M0 F T器件以其导通电阻低。关速 lp 10 s间，以功率 MO D SE开C回路的充放电 (以及产生或消除导电沟道 )需所度快，得到了广泛的应用。国内电力电子器件市场预测：目前国内与栅电阻构成的 R优可如 V DMO S与 I B G T产品 9%以上依赖进口。电力电子器件的国内需求要的时间。化器件参数中，以控制杂质分布和相应结深，减薄基 o+ n负极区域中间 I区采用突变结杂质分布，可量每年增长达 1%, 5已超过 3亿只 .新型电力电子器件 V而 DMO S与区厚度等。在 p正极区、+

使 IB G T每年的需求量增幅更达 2%。预计到 2 0 5 0 5年。 T国内市场需使存贮电荷减少一半，反向恢复时间缩减一半。减薄基区厚度这种 I GB也可以使衬底复合的影响加大，有利于存贮时求将达 7 0万只， D S需求量将达到 6亿只，件和基础类产品销方法可以减小少子贮存。 5 V MO器从我售收入将达 4 O元。国际电力电子器件市场预测：界电力电子器间的减小，而降低二极管的反向恢复时间。基于以上方法，们在优 O O亿世 DMO F T体二极管时主要从两个方面考虑：.对器件参数 SE 1件市场销售额每年以 9%的速率递增。 DM0 V S器件以每年 3 .%的速化研

究 V 262采 率增长。 B I T的年增长率为 3%。计到 2 0 G 0预 0 5年 I T市场需求将达进行优化；.用新的结构。 GB从器件参数方面优化功率 V DMO F T体二极管的工作。为了降 SE到 56亿只。场规模将达 l1亿美元。目前 VD S半导体芯片的全，市 1 MO

球市场占有率超过 3%。场需求量达 60亿只以上。 0市 O

低成本。以尽量减少对原器件工艺线、件结构的改动。器件的浓所器从

结 1用 S具体说来同步整流电路里面的 V M0 F T,它的工作效率直接度参数、构参数人手进行优化。实施的步骤如下：. IE软件仿真 D SE影响整个电路的工作效率。以半桥 D/ CB C变换电路为例，步原器件的基本参数 V V R蛳 和；. CD U K同 B、、 Q 2以这些初始数据为基本调节器件参数，进行优化设计；.到要求， 3达得到优化后的新器 V DMO F T的工作效率受限于其寄生体二极管。该电路的工作过程标准。 SE如下： C nrl S i当 ot Fg启时。驱动信号使 S nhoo s S i 件。 o MO T开栅 yc rnu MO Fg T

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