溝槽型功率MOSFET設計與柵電荷研究.pdf

1、功率MOSFET是應用最為廣泛的功率半導體器件，因為價格低廉，技術成熟，開關速度快，驅動簡單等諸多優(yōu)點使它被廣泛的應用在便攜的電子設備、汽車電子、工業(yè)控制以及照明等領域。隨著半導體工藝技術的發(fā)展，功率MOSFET晶胞的集成度日益增大，對導通電阻，開關損耗等的研究也進一步促進了功率MOSFET的蓬勃發(fā)展。
　　本文在前人研究的基礎上，設計了一款擊穿電壓為20V的低壓溝槽型功率MOSFET通過使用工藝模擬軟件Sentaurus，本文對

2、晶胞寬度，溝槽深度與寬度，P-body體區(qū)的濃度，N-epi的厚度和柵氧化層的厚度5種設計時的重要參數(shù)做出詳細討論，討論中指出了他們分別對功率MOSFET的4種主要電性能參數(shù)：擊穿電壓、閾值電壓、導通電阻和寄生電容的影響。通過分析影響功率MOSFET電性能參數(shù)的工藝參數(shù)的數(shù)量以及數(shù)值的大小，本文分析出了溝槽型功率MOSFET的設計流程。最后設計的MOSFET的連續(xù)漏極電流為6A，導通電阻18mΩ，不管是導通電阻還是寄生電容指標都優(yōu)于市場

3、上某些同類型產品。
　　此外，針對功率MOSFET常用的兩種版圖結構：條形晶胞和正方形晶胞，本文通過量化的方法，從導通電阻和寄生電容兩個角度對他們進行了對比，指出了各自的優(yōu)缺點，即條形晶胞的導通電阻和Cds電容比正方形晶胞大、Cgs和Cgd電容小于正方形晶胞。這為版圖的設計與選擇提供了方法。
　　柵電荷是衡量功率MOSFET開關性能的重要參數(shù)，采用在柵極輸入電流階躍信號的方法來測量。本文提出一種新型柵電荷測試電路，該測試電路

4、使控制信號從MOSFET的源極輸入，消除了控制信號對柵極輸入電流的影響。由于輸入電流太小不能直接測量，測試時采用測量電壓階躍信號的方法來衡量電流階躍信號的性能。與以往的測試電路對比表明，該電路可使MOSFET柵極輸入電流更接近于理想的電流階躍信號，該信號上升時間小于100ns，且上升后穩(wěn)定，提高了柵電荷測量的準確度。
　　最后，本文建立了一個精確而又簡單的柵電荷模型。該模型只需要從MOSFET的datasheet中提取部分參數(shù)即可