功率半导体器件 LDMOS VDMOS
demos与ldmos工作原理
demos与ldmos工作原理在现代电子设备中，demos（Double-diffused Metal Oxide Semiconductor）和ldmos（Lateral Double-diffused MetalOxide Semiconductor）是常用的半导体器件。
它们在许多领域中都发挥着重要作用，如通信、功率放大器和射频应用。
本文将介绍这两种器件的工作原理和特点。
demos和ldmos都是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的变种。
它们的工作原理基于PN结和场效应晶体管的结合。
在demos中，PN结的扩散区域被双重扩散，从而形成了一个耐压区。
而在ldmos中，扩散区域是沿着晶体管表面扩散的，这种结构使得器件在导通状态下具有更低的电阻。
在demos中，PN结的双重扩散使得器件具有更高的耐压能力。
当器件处于关断状态时，PN结的扩散区域可以承受较高的电压而不会发生击穿。
这使得demos在高压应用中具有优势，如电源管理和功率放大器。
而ldmos则通过沟道扩散技术，使得器件在导通状态下具有更低的电阻，从而在功率放大器和射频应用中表现出色。
除了耐压能力和导通电阻之外，demos和ldmos还有许多其他特点。
例如，它们通常具有较高的开关速度和较低的漏电流，这使得它们在高频和低功耗应用中具有优势。
此外，它们的制造工艺相对成熟，成本较低，因此在大规模生产中具有竞争优势。
总的来说，demos和ldmos是两种在不同应用领域中发挥作用的重要器件。
它们的工作原理基于PN结和场效应晶体管的结合，具有耐压能力强、导通电阻低、开关速度快和制造成本低等特点。
随着电子技术的不断发展，相信它们将在更多领域中发挥重要作用。
VDmos详细介绍
POWER MOSFETS平面VDMOS的剖面图，一般是60V以上的器件，采用1.5um以上的工艺，所以国内以前做IC的厂家都能做。
一般是60V以下的器件，沟槽VDMOS的剖面图，厂家才能做。
IC采用0.5um以下的工艺，所以国内高档的所以加工线的条件非常重要，如加工的线条、刻槽技术、工艺线的环境。
加工线的条件不太重要，所以现在很多的老的5寸、6寸线在做。
但对材料要求很高,是高阻厚外延材料。
加工线的条件及材料要求都很高。
只有国外几家公司在做，如IR、INFINEON。
随着加工技术及设计技术的提高器件的特性不断地改进（以导通电阻为列）。
平面IGBT的剖面图，一般是400V以上的器件，采用2um 以上的工艺，所以国内以前做IC的厂家都能做，但设计及材料要求都很高。
VDMOS和双极管特性比较VDMOS的击穿电压：BV、V DSS BRVDMOS的击穿电压决定于：1、外延材料；浓度及厚度2、体单胞间距3、终端设计4、表面态等工艺控制VDMOS的导通电阻：R ）（DSON低压（200V以下VDMOS的导通电阻（由大到小排列）1、单胞密度（沟道电阻）表面浓度（积累层电阻）2、3、外延材料；浓度及厚度（耐压区电阻）4、设计（颈部电阻）5、封装（有时会到主要地位）6、表面金属化（表面接触电阻）高压200V以上VDMOS的导通电阻（由大到小排列）外延材料；浓度及厚度（耐压区电阻）、1．单胞密度（沟道电阻）、23、设计（颈部电阻）4、表面浓度（积累层电阻）5、表面金属化（表面接触电阻）6、封装VDMOS的跨导：Gfs1、栅、源电压对漏电流的控制能力：在一定的漏电压下，漏电流除以栅、源电压（漏电流为最大允许漏流的一半）2、处决于沟道密度及沟道宽度（从80年到今60倍）VDMOS的域值电压：Vth为使沟道反型所需最小栅、源电压值。
一般高压器件为2—4V低压器件为1—3V寄生二极管的正向压降：一般在1V到1。
6V之间。
高压的器件要大。
LDMOS简介
什么是RF LDMOS晶体管DMOS主要有两种类型，垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管VDMOSFET（vertical double-diffused MOSFET）和横向双扩散金属氧化物半导体场效应管LDMOSFET （lateral double-dif fused MOSFET）。
LDMOS由于更容易与CMOS工艺兼容而被广泛采用。
LDMOSLDMOS (横向扩散金属氧化物半导体)LDMOS器件结构如图1所示，LDMOS是一种双扩散结构的功率器件。
这项技术是在相同的源/漏区域注入两次，一次注入浓度较大（典型注入剂量1015cm-2）的砷（As），另一次注入浓度较小（典型剂量1013cm-2）的硼（B）。
注入之后再进行一个高温推进过程，由于硼扩散比砷快，所以在栅极边界下会沿着横向扩散更远（图中P阱），形成一个有浓度梯度的沟道，它的沟道长度由这两次横向扩散的距离之差决定。
为了增加击穿电压，在有源区和漏区之间有一个漂移区。
LDMOS中的漂移区是该类器件设计的关键，漂移区的杂质浓度比较低，因此，当LDMOS 接高压时，漂移区由于是高阻，能够承受更高的电压。
图1所示LDMOS的多晶扩展到漂移区的场氧上面，充当场极板，会弱化漂移区的表面电场，有利于提高击穿电压。
场极板的作用大小与场极板的长度密切相关[6]。
要使场极板能充分发挥作用，一要设计好SiO2层的厚度，二要设计好场极板的长度。
LDMOS元件具有基底，基底中形成有源极区与漏极区。
在源极与漏极区之间的一部分基底上提供了一个绝缘层，以便在绝缘层与基底表面之间提供一个平面介面。
然后在绝缘层的一部分之上形成绝缘构件，在部分绝缘构件与绝缘层之上形成栅极层。
通过使用此结构，发现存在有平直的电流通道，使之能减少接通电阻，同时维持高击穿电压。
LDMOS与普通MOS管主要有两点区别：1，采用LDD结构(或称之为漂移区)；2，沟道由两次扩散的横向结深控制。
LDMOS 的优势• 卓越的效率，可降低功率消耗与冷却成本• 卓越的线性度，可将信号预校正需求降到最低• 优化超低热阻抗，可缩减放大器尺寸与冷却需求并改善可靠度• 卓越的尖峰功率能力，可带来最少数据错误率的高3G 数据率• 高功率密度，使用较少的晶体管封装• 超低感抗、回授电容与串流闸阻抗，目前可让LDMOS 晶体管在双载子器件上提供7 bB 的增益改善• 直接源极接地，提升功率增益并免除BeO 或AIN 隔离物质的需求• 在GHz 频率下拥有高功率增益，带来更少设计步骤、更简易更具成本效益的设计(采用低成本、低功率驱动晶体管)• 绝佳的稳定性，由于负漏极电流温度常数，所以不受热散失的影响• 比双载子更能忍受较高的负载未匹配现象(VSWR)，提高现场实际应用的可靠度• 卓越的射频稳定度，在栅极与漏极间内置隔离层，可以降低回授电容• 在平均无故障时间(MTTF) 上有相当好的可靠度LDMOS主要的缺点1．功率密度低；2．容易受到静电的破坏。
LDMOS介绍教学提纲
1992年研制出了高效率的靠电池供电移动通信用的低压MO栅LDMOS，其沟道长度为
0.8µm，在6v工作时 1.5GHz下输出2w，增益5dB，漏极效率达65%，功率附加效率为
55%。1994年又研制出了在1.SGHz下连续波输出35W，增益13dB，漏极效率50%的微波
功率LDMOS。到1996年，Motorola的Alan Wood等人研制出了2GHz下连续波输出60w的
LDMOS由于更容易与CMOS工艺兼容而被广泛采用。1971年Y.Tarui等人提出了横向
双扩散MOS的结构。1976年M.J.Declerq和J.D.Plummer采用这种方案，做出了第一个
LDMOS。
LDMOS器件结构如图1所示，LDMOS是一种双扩散结构的功率器件。这项技术是在
相同的源/漏区域相继两次进行硼磷扩散，一次注入浓度较大（典型注入剂量 1015cm-2）
高频率、更大功率方向发展。
LDMOS。80年代末，研究者们利用RESURF原理，对LDMOS进行优化设计，出现了
LDMOS的不同结构。其努力的方向是降低Ron及CGs，CGD，CDs，提高击穿电压BVDSS，
并分析研究了栅电阻对器件微波性能的影响。在LDMOS的研究过程中，研究者们发现，
限制器件增益和效率的主要因素是沟道长度、源极接地电感和栅电阻。
LDMOS介绍
LDMOS( Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor；横向扩散金属氧化物半导体)是 为900MHz蜂窝电话技术开发的，蜂窝通信市场的不断增长保证了LDMOS晶体管的应用， 也使得LDMOS的技术不断成熟，成本不断降低，因此今后在多数情况下它将取代双极型 晶体管技术。与双极型晶体管相比,LDMOS管的增益更高，LDMOS管的增益可达14dB以 上，而双极型晶体管在5~6dB,采用LDMOS管的PA模块的增益可达60dB左右。这表明对于 相同的输出功率需要更少的器件，从而增大功放的可靠性。 LDMOS能经受住高于双极型晶体管3倍的驻波比，能在较高的反射功率下运行而没有 破坏LDMOS设备；它较能承受输入信号的过激励和适合发射数字信号，因为它有高级的 瞬时峰值功率。LDMOS增益曲线较平滑并且允许多载波数字信号放大且失真较小。 LDMOS管有一个低且无变化的互调电平到饱和区，不像双极型晶体管那样互调电平高且 随着功率电平的增加而变化。这种主要特性允许LDMOS晶体管执行高于双极型晶体管二 倍的功率，且线性较好。LDMOS晶体管具有较好的温度特性温度系数是负数，因此可以 防止热耗散的影响。这种温度稳定性允许幅值变化只有0.1dB，而在有相同的输入电平的 情况下，双极型晶体管幅值变化从0.5~0.6dB,且通常需要温度补偿电路。
功率半导体器件
功率半导体器件“power semiconductor device”和“power integrated circuit(简写为power IC或PIC)”直译就是功率半导体器件和功率集成电路。
在国际上与该技术领域对应的最权威的学术会议就叫做International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs，即功率半导体器件和功率集成电路国际会议。
“power”这个词可译为动力、能源、功率等，而在中文里这些词的含义不是完全相同的。
由于行业的动态发展，“power”的翻译发生了变化。
从上世纪六七十年代至八十年代初，功率半导体器件主要是可控硅整流器(SCR)、巨型晶体管(GTR)和其后的栅关断晶闸管(GTO)等。
它们的主要用途是用于高压输电，以及制造将电网的380V或220V交流电变为各种各样直流电的中大型电源和控制电动机运行的电机调速装置等，这些设备几乎都是与电网相关的强电装置。
因此，当时我国把这些器件的总称———power semiconductor devices没有直译为功率半导体器件，而是译为电力电子器件，并将应用这些器件的电路技术power electronics没有译为功率电子学，而是译为电力电子技术。
与此同时，与这些器件相应的技术学会为中国电工技术学会所属的电力电子分会，而中国电子学会并没有与之相应的分学会；其制造和应用的行业归口也划归到原第一机械工业部和其后的机械部，这些都是顺理成章的。
实际上从直译看，国外并无与电力电子相对应的专业名词，即使日本的“电力”与中文的“电力”也是字型相同而含义有别。
此外，当时用普通晶体管集成的小型电源电路———功率集成电路，并不归属于电力电子行业，而是和其他集成电路一起归口到原第四机械工业部和后来的电子工业部。
20世纪80年代以后，功率半导体行业发生了翻天覆地的变化。
功率半导体器件变为以功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率MOSFET，常简写为功率MOS)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及功率集成电路(power IC，常简写为PIC)为主。
vdmos工作原理
vdmos工作原理VDMOS工作原理VDMOS，即Vertical Double-diffused Metal Oxide Semiconductor，是一种常用的功率MOSFET器件，其工作原理在现代电子设备中扮演着重要的角色。
VDMOS器件具有较低的导通电阻和较高的开关速度，常被用于功率放大器和开关电路中。
VDMOS器件的工作原理可以简单描述为：当施加在栅极上的电压足够大时，栅极和沟道之间的绝缘层（氧化层）将被击穿，形成一个导电通道。
此时，电荷可以从源极流向漏极，实现器件的导通。
而当栅极上的电压降低时，绝缘层恢复，导电通道断开，器件停止导通。
在VDMOS器件中，电荷主要通过沟道和漏极之间的PN结进行传输。
当栅极施加正向电压时，N型沟道中的载流子受到驱动，形成导电通道。
而当栅极施加负向电压时，沟道中的载流子被排斥，导通通道断开。
这种通过控制栅极电压来控制沟道导通的方式，使得VDMOS器件可以实现高效的功率控制。
除了栅极控制外，VDMOS器件中还有漏源极之间的电场效应。
当器件导通时，漏极和源极之间形成的电场可以影响沟道中的载流子移动，从而影响器件的导通特性。
这种电场效应可以通过器件的结构设计和工艺优化来进行调节，以实现更好的性能表现。
总的来说，VDMOS器件的工作原理基于栅极控制和电场效应，通过控制栅极电压和优化器件结构，实现高效的功率控制和开关特性。
在实际应用中，VDMOS器件广泛用于各种功率电子设备中，如电源管理、电动汽车控制、工业自动化等领域，为现代电子技术的发展提供了重要支持。
总的来说，VDMOS器件的工作原理基于栅极控制和电场效应，通过控制栅极电压和优化器件结构，实现高效的功率控制和开关特性。
在实际应用中，VDMOS器件广泛用于各种功率电子设备中，如电源管理、电动汽车控制、工业自动化等领域，为现代电子技术的发展提供了重要支持。
vdmos名词解释
vdmos名词解释
VDMOS是Vertical Double-diffused Metal-Oxide-Semiconductor的缩写，中文意思为垂直双扩散金属氧化物半导体
器件。
VDMOS是一种常见的功率MOSFET（金属氧化物半导体场效应
晶体管）结构，常用于功率放大器和开关电路中。
它的结构特点是
在P型衬底上沉积N型外延层，并在N型外延层上再沉积P型扩散层，形成N-P-P+的结构。
VDMOS具有低导通电阻、高开关速度和良
好的耐压特性，因此在功率电子器件中得到广泛应用。
从物理结构来看，VDMOS具有垂直结构，电流主要是在垂直方
向上流动，因此具有较大的功率承受能力。
另外，VDMOS的栅极结
构和电荷平衡设计使得其在高频开关应用中具有较好的性能。
此外，VDMOS还具有较好的热特性，能够在高温环境下工作。
总的来说，VDMOS器件因其结构特点和性能优势，在功率电子
领域得到广泛应用，包括电源管理、电动车控制、工业控制等领域。
希望这些信息能够全面回答你的问题。
功率器件VDMOS
温度特性对VDMOS的影响
电阻随温度的变化 随温度的增加，迁移率会减小， Rch，Repi就会增加，因而会 限制沟道电流。
电阻值增大的同时，也会限制 电流的变化，为功率半导体提 供了稳定性。
MOSFET的典型漏源电阻 随电流变化的特性曲线
பைடு நூலகம்
跨导随温度的变化：
温度增加，gm增加 仍保持其线性度
漏端电流随温度的变化：
功率VDMOSFET的元胞结构
• • •
功率VDMOS是由多个元胞并联而成，常用 元胞结构有：条形元胞、方形元胞、六角 形元胞等 并联的元胞结构可以增大整个器件的导电 沟道长度Ｌ，提高器件的电流能力。但是 必须保证每个元胞都必须是可靠的，否则 一个元胞的失效就会导致整个器件失效。 同时，为了将外延层底部的耗尽层边界平 滑收敛到鞋表面，提高器件表面的击穿电 压，必须在元胞区域的外围加上终端结构。
VDMOSFET的介绍
2018年1月
功率MOSFET与普通MOS管的联系
如果在漏端加高压，产生以下问题： 1、沟道穿通击穿 2、栅氧化层击穿 3、结击穿
通过增加低掺杂的漂移区，让电 压绝大部分降落在低掺杂的漂移 区上，从而提高沟道穿通击穿、 栅氧化层击穿、结击穿
DMOS管的分类
横向双扩散金属氧化物半导体场效应管LDMOSFET
当Vgs大于 Vth(开启电压)时，栅极下面 P 区 表面的电子浓度会高于空穴浓度，使得 P 型 半导体反型成 N 型而形成反型层，从而进一 步形成 N 沟道使 PN 结消失。在漏极和源极 之间加上电压 Vds，就会形成漏源电流 Ids。
VDMOS 的 I-V特性
1.截止区: VGS<Vt，VD虽然增大，但没有形成导 电沟道，电流趋近于零 2.欧姆区:VGS>Vt，但 VD<VGS－Vt，电流随着 电压的增加而增加 3.饱和区:VGS>Vt，但 VD≥VGS－Vt，导电沟道 被夹断，ID达到饱和 4.击穿区: 当VD≥VBR（漏源击穿电压），电流的 增加不受限制，空间电荷区将达到最大宽度 5.准饱和区:VGS很大时，ID本身很大，但随 VGS的增大没有很显著的增加， 这是由VDMOS的寄生JEFT晶体管引起的速度饱和造成
LDMOS介绍
现状
目前，LDMOS已经发展到比较成熟的阶段，国外各大公司都有多种LDMOS产品面世，满足从 300MHz~3GHz各个频段，各种功率的需求。 Motorola公司生产多种LDMOS产品。MRF282、284、286系列产品，在2GHz下对三个器件分别输 入0.5、2.4、4.75W的功率，各器件相应的峰值包络功率为10、30、60W。MRF1507是GSM基站用的 900MHz的LDMOS晶体管，是宽带通信和工业应用的一种低成本产品。MRF1507在520MHz下输出功 率为5W，增益为10dB，效率为63%，在7.5v直流供电便携式FM(频率调制)装置中用作UHF、VHF功率 放大器特别适合。目前，Motorola公司已经推出了针对GSM、EDGE、CDMA和W-CDMA基站放大器 应用的第六代LDMOS产品。第六代射频LDMOS技术的热性能也达到了业界领先。例如，125W(P1dB) 器件的热阻达到了0.4℃/w。正在开发的第七代LDMOS产品使用经济高效的超模压塑料封装和金属陶瓷 封装(采用飞思卡尔低热阻(Low Rth技术)来提高功率，降低成本。 Ericsson公司是生产LDMOS产品的主要厂商之一。相继研制出了工作于1.8-2.0GHz的增强型 LDMOS器件PTF10120和工作在2.1-2.17GHz的LDMOS器件PTF10134。PTFIO120型产品包含四个芯 片并安装推挽结构，输入输出端口设有内匹配电路。在1.8-2.0GHz的频率范围内，具有120W的峰值包 络功率，功率增益10.5dB。PTF10134是适用于PCS基站的金一金属化LDMOS晶体管。在2.110.5dB PTF10134 PCS LDMOS 2.12.17GHz的WCDMA中可提供100W的峰值包络功率，1dB压缩点的输出功率是110W。此外，Ericsson 公司推出了系列可以满足CDMA和WCDMA的线性和峰值功率需求的大功率LDMOS器件。它采用全金 金属化和氮化硅钝化层，使用周期长，可靠性高。 Philips公司推出了1030-l090MHz频率范围内输出功率200W，增益14dB，效率大于40%的LDMOS 产品。Philips公司生产的BLF0810一180LDMos晶体管用于CDMA蜂窝电话基站。与其他同类产品相比， 该技术使用更少数量的元件设计出封装尺寸更小、性能更高的晶体管。此外，这些晶体管采用双层金属 化和金线间连接技术，使得其平均无故障时间(MTBF)提高8一10倍。飞利浦已发展到第五代LDMOS， 生产的盯功率晶体管栅长只有0.4µm，四层金属镀膜，其推出的BLFSG22-100，增益达到17dB。 与国外大的半导体厂商相比，国内LDMOS研究起步较晚，加上现有工艺条件不是很成熟，与国外 差距较大，目前还处于探索研制阶段。仅有个别高校或研究机构针对LDMOS进行理论的研究和器件结 构上的调整，很少有真正立足于实现产品化而进行研究的。对于微波功率应用的LDMOS，中国电子科 技集团公司第十三研究所针对未来军事装备的需求进行了初步设计和研制，于2003年3月报道了采用 Mo栅工艺研制出的1GHz连续输出30W、增益11dB、漏极效率60%、IMD3为-30dB的LDMOS器件。 2005年5月报道了10Hz连续波输出60w、1oow的LDMOS器件,100W的LDMOS器件增益10.5dB，漏极 效率57.6%。国内其他研究机构鲜有器件性能报道。
功率器件简要介绍
一功率半导体简介功率半导体器件种类很多，器件不同特性决定了它们不同的应用范围，常用半导体器件的特性如下三图所示。
目前来说，最常用的功率半导体器件为功率MOSFET和IGBT。
总的来说，MOSFET的输出功率小，工作频率高，但由于它导通电阻大的缘故，功耗也大。
但它的功耗随工作频率增加幅度变化很小，故MOSFET更适合于高频场合，主要应用于计算机、消费电子、网络通信、汽车电子、工业控制和电力设备领域。
IGBT的输出功率一般10KW~1000KW之间，低频时功耗小，但随着工作频率的增加，开关损耗急剧上升，使得它的工作频率不可能高于功率MOSFET，IGBT主要应用于通信、工业、医疗、家电、照明、交通、新能源、半导体生产设备、航空航天以及国防等领域。
图1.1 功率半导体器件的工作频率范围及其功率控制容量图1.2 功率半导体器件工作频率及电压范围图1.3 功率半导体器件工作频率及电流范围二不同结构的功率MOSFET特性介绍功率MOSFET的优点主要有驱动功率小、驱动电路简单、开关速度快、工作频率高，随着工艺的日渐成熟、制造成本越来越低，功率MOSFET应用范围越来越广泛。
我们下面主要介绍一些不同结构的MOSFET的特性。
VVMOSFET图2.1 VVMOS结构示意图VVMOS采用各向异性腐蚀在硅表面制作V 形槽，V形槽穿透P与N+连续扩散的表面，槽的角度由硅的晶体结构决定，而器件沟道长度取决于连续扩散的深度。
在这种结构中，表面沟道由V 形槽中的栅电压控制，电子从表面沟道出来后乡下流到漏区。
由于存在这样一个轻掺杂的漂移区且电流向下流动，可以提高耐压而并不消耗表面的面积。
这种结构提高了硅片的利用率，器件的频率特性得到很大的改善。
同时存在下列问题:1，V形槽面之下沟道中的电子迁移率降低；2，在V槽的顶端存在很强的电场，严重影响器件击穿电压的提高；3，器件导通电阻很大；4，V槽的腐蚀不易控制，栅氧暴露，易受离子玷污，造成阈值电压不稳定，可靠性下降。
功率MOSFET的介绍
功率MOSFET的介绍功率MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应管）是一种常用的功率开关器件。
它由表面效应管（Surface Effect Transistor，SET）发展而来，具有高速开关、低导通电阻和低开关损耗的特点。
在各种功率电子应用中，功率MOSFET广泛应用于交流-直流变换、直流-交流变换、电源管理、电机驱动和功率放大等领域。
接下来，本文将详细介绍功率MOSFET的原理、结构、特性和应用。
1.原理：功率MOSFET基于MOS结构，由P型或N型掺杂的硅衬底、n型沟道层、P型或N型源极和漏极组成。
当施加在门极上的电压大于阈值电压时，沟道中形成导电通道，电子在沟道中流动，形成导通状态；当门极电压小于阈值电压时，沟道消失，功率MOSFET处于截止状态。
由于电子在沟道中的运动受电场控制，因此功率MOSFET的导通沟道可以迅速切换，从而实现高速开关。
2.结构：-垂直结构：通道与硅衬底垂直排列，适用于大功率应用。
常见的垂直结构包括VMOS、DMOS和UMOS等。
垂直MOSFET的优点是能够承受较高的电压和电流，但由于通道长度较长，导致导通电阻较大。
-横向结构：通道与硅衬底平行排列，适用于低功率应用。
常见的横向结构包括LDMOS、VDMOS等。
横向MOSFET的优点是导通电阻较低，但承受的电流和电压较小。
3.特性：-导通电阻：功率MOSFET的导通电阻直接影响能量损耗和效率。
导通电阻较低的功率MOSFET能够降低损耗和提高效率，适用于高速开关应用。
-开关损耗：功率MOSFET的开关损耗包括导通损耗和开关损耗。
导通损耗是由于导通状态下的功耗，开关损耗是由于开关过程中的电压和电流转换引起的。
降低开关损耗可以提高功率MOSFET的效率。
-漏极电流：漏极电流是在截止状态下传导到漏极的电流，也称为阈下漏电流。
漏极电流的大小与功率MOSFET的质量和制造工艺相关，对设备的功耗和效率有重要影响。
浅谈功率半导体器件
浅谈半导体功率器件国内功率半导体器件需求很火，功率半导体器件，以前也被称为电力电子器件，简单来说，就是进行功率处理的，具有处理高电压，大电流能力的半导体器件。
给个数量吧，电压处理范围从几十V~几千V，电流能力最高可达几千A。
典型的功率处理，包括变频、变压、变流、功率管理等等。
其中大功率(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)电子器件。
可以分为半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶闸管为半控型器件，承受电压和电流容量在所有器件中最高；电力二极管为不可控器件，结构和原理简单，工作可靠；还可以分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，其中GTO、GTR为电流驱动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。
早期的功率半导体器件：大功率二极管、晶闸管等等，主要用于工业和电力系统（正因如此，早期才被称为电力电子器件）。
后来，随着以功率MOSFET器件为代表的新型功率半导体器件的迅速发展，现在功率半导体器件已经非常广泛啦，在计算机、通行、消费电子、汽车电子为代表的4C行业（computer、communication、consumer electronics、cartronics）。
功率半导体器件现在可以说是越来越火，国家不是要节能环保吗，低碳生活，那就需要对能量的处理进行合理的管理，power是啥？通俗的理解就是功率P=IV 吗，所以就需要对电压电流的运用进行有效的控制，这就与功率器件密不可分！功率管理集成电路（Power Management IC，也被称为电源管理IC）已经成为功率半导体器件的热点，发展非常迅速噢。
功率半导体器件，在大多数情况下，是被作为开关使用（switch），开关，简单的说，就是用来控制电流的通过和截断。
那么，一个理想的开关，应该具有两个基本的特性：1，电流通过的时候，这个理想开关两端的电压降是零。
2，电流截断的时候，这个理想开关两端可以承受的电压可以是任意大小，也就是0~无穷大因此，功率半导体器件的研究和发展，就是围绕着这个目标不断前进的。
vdmosfet原理
vdmosfet原理VDMOSFET原理引言：VDMOSFET是一种金属氧化物半导体场效应晶体管，在电子设备中被广泛应用。
它具有低开关损耗、快速开关速度和高功率密度等优点，因此在功率放大和开关电路中被广泛采用。
本文将介绍VDMOSFET的原理及其工作机制。
一、VDMOSFET结构VDMOSFET是由P型衬底上形成的N型沟道和漏极、栅极以及漏源区组成的。
具体结构如下：1. P型衬底：VDMOSFET的衬底是P型材料，它是整个器件的基础。
衬底的掺杂浓度和厚度会影响器件的电特性。
2. N型沟道：N型沟道是在P型衬底上生长的，它负责电流的导通。
沟道的深度和宽度决定了导通能力。
3. 栅极：栅极是控制VDMOSFET导通和截止的关键部分。
通过给栅极施加电压，可以改变沟道的导通能力。
4. 漏源区：漏源区是电流的输入和输出区域。
漏极是输出端，而源极是输入端。
二、VDMOSFET工作原理VDMOSFET的工作原理可以分为导通和截止两个阶段。
1. 导通阶段：当栅极施加正向电压时，栅极和沟道之间会形成一个电场。
这个电场会吸引N型沟道上的自由电子，使其移动到P型衬底上，从而形成一个导电通道。
当漏源区施加正向电压时，电子会从源极注入到沟道中，经过漏极流出。
此时，VDMOSFET导通，电流通过。
2. 截止阶段：当栅极施加负向电压时，栅极和沟道之间的电场会阻止自由电子的移动。
此时，导电通道被切断，VDMOSFET截止，电流不再通过。
三、VDMOSFET特点VDMOSFET具有以下特点：1. 低开关损耗：由于VDMOSFET导通的电阻很小，因此开关过程中的功率损耗较低。
2. 快速开关速度：VDMOSFET的导通和截止速度很快，可以实现快速开关。
3. 高功率密度：由于VDMOSFET的导通能力强，可以承受较大的功率。
4. 低漏极电阻：VDMOSFET的漏极电阻较低，可以降低功耗和热耗散。
四、VDMOSFET应用VDMOSFET广泛应用于功率放大和开关电路中，包括：1. 电源管理：VDMOSFET在电源开关和稳压器中被广泛采用，可以实现高效率的能量转换。
vdmos工作原理
vdmos工作原理vdmos工作原理 VDMOS（Vertical Double-diffused Metal-Oxide-Semiconductor）是一种功率MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）。
它是一种垂直结构晶体管，具有低导通电阻和高压承受能力，常用于功率放大器和开关应用中。
VDMOS晶体管的工作原理基于MOSFET的原理。
它由多个PN结组成，包括沟道区、漂移区和源/漏区。
在无偏置情况下，当漂移区的电势为正，源区接地时，PN结被反偏。
这时，漂移区的电场将导致沟道区的载流子（电子）向漂移区移动。
由于沟道区的导电性，电子可以通过沟道和源/漏区之间的电场渗透到源/漏区，从而形成漏电流。
这个过程叫做漏电。
沟道的导电性取决于沟道中的载流子浓度和电场强度。
当施加正向偏置时，源/漏结被正向偏置，PN结变为正向偏置。
这使源/漏区的电子浓度增加，并增加源/漏区之间的电流。
这个过程叫做源漏电流。
通过调整源/漏电压，可以控制VDMOS晶体管的导通和断开。
在VDMOS晶体管导通过程中，源/漏区之间形成一个导电通道，电流由漂移区流过，然后从源区流出。
漂移区的高掺杂浓度使导电通道具有低电阻。
由于VDMOS晶体管是垂直结构，漂移区的面积可以比侧向结构更大，从而使其具有更低的导通电阻。
总结来说，VDMOS晶体管的工作原理是通过调整源/漏电压，控制漂移区电场的强弱，从而控制源漏电流。
由于其特殊的垂直结构和高掺杂漂移区，VDMOS晶体管具有较低的导通电阻和较高的压承受能力，适用于需要高功率放大和开关的应用。
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关于功率MOSFET（VDMOS & LDMOS）的报告---时间日期：2009.11.12---报告完成人：祝靖1．报告概况与思路报告目的：让研一新同学从广度认识功率器件、了解功率器件的工作原理，起到一个启蒙的作用，重点在“面”，更深层次的知识需要自己完善充实。
报告内容：1）从耐压结构入手，说明耐压原理；2）从普通MOS结构到功率MOS结构的发展；（功率MOS其实就是普通MOS结构和耐压结构的结合）；3）纵向功率MOS（VDMOS）的工作原理；4）横向功率MOS（LDMOS）的工作原理；5）功率MOSFET中的其它关键内容；（LDMOS和VDMOS共有的，如输出特性曲线）报告方式：口头兼顾板书，点到即止，如遇到问题、疑惑之处或感兴趣的地方，可以随时打断提问。
2．耐压结构（硅半导体材料）目前在我们的研究学习中涉及到的常见耐压结构主要有两种：①反向PN结②超结结构(包括)；2.1 反向PN结（以突变结为例）图2.1所示的是普通PN结的耐压原理示意图，当这个PN结工作在一定的反向电压下，在PN结内部就会产生耗尽层，P区一侧失去空穴会剩下固定不动的负电中心，N区一侧会失去电子留下固定不动的正电中心，并且正电中心所带的总电量＝负电中心所带的总电量，如图2.1a所示，A区就是所谓耗尽区。
图2.1b所示的是耗尽区中的电场分布情况（需熟悉了解），耗尽区以外的电场强度为零，Em称为峰值电场长度（它的位置在PN，阴影部分的面积就是此时所加在PNP区和N区共同耐压。
图2.2所示的是P+N结的情况，耐压原理和图1中的相同，但是在这种情况中我们常说N负区是耐压区域(常说的漂移区)(a)(b)图2.1 普通PN结耐压示意图（N浓度＝P浓度）图2.2 P＋N结耐压示意图（N浓度<<P浓度）图2.3所示的是反向电压变化情况下的耗尽层内部的电场强度的变化情况，随着N一侧的电压的上升，耗尽层在展宽（对于P+N-结来说，耗尽层展宽的区域为N区一侧，也就是耐压区一侧），峰值电场强度Em的值也在不断升高，但是当Em=Ec时，PN结发生击穿，Ec称为临界电场强度，此时加在PN结两端的电压大小就是击穿电压（BV（如表2.1所示），同种材料不同浓度的临界电场也不同，但是对于硅材料来说，在我们目前关系的浓度范围之内，浓度变化对电场强度的影响不大，因图 2.3 电场强度和电压的关系示意图 Table2.1 不同材料的临界电场2.2 超结结构（SuperJunction ）（了解）除了上述所说的P+N-结结构之外，还有一种我们会接触到的耐压结构——超结结构。
图2.4所示的就是超结结构。
结构特点：将P+N-结中的N-区域换成了P/N 交替排列的形式。
简单工作原理：当结两端加电压（N 侧加正电压）后，首先耗尽的是P/N 交替排列的结构部分（原因：这部分浓度较低），它内部的电场的分布情况如图2.5所示，解释方法可以从高斯原理解释（口头说明）。
这种情况下我们称耐压部分为超结部分。
图2.4 超结结构示意图 图2.5 超结电场强度分布示意图考虑半导体中“曲率”的影响以上我们考虑的都是平面结的情况，而实际中的平面结是不存在的，图2.6所示的结构就是一种考虑了“曲率”影响下的结的耐压情况，红色线条表示的是电场线的方向（注：耗尽层和耗尽层中的固定电荷未画出，N 区一侧是正电中心，P 区一侧是负电中心），而电场强度就是电场线的密度，从图中可以看出在“曲率”大位置处的电场强度最大，最容易发生击穿的位置也在此处，是我们设计中所要考虑的重点之一。
解决上述现象有很多终端结构，我们常见的一种就是场板结构，如图2.7，它的工作原理：当N 端加正电压，在场板上会感应出负电荷，那么在曲率密集处的电场线就会一部分终止与场板，从而缓解“曲率”大位置处的电场压力。
（其中的场板的结构也有很多种，同学们可以自己了解）图2.6 曲率对电场线分布的影响 图2.7 加有场板结构的示意图3．普通MOS 结构到功率MOS 结构的发展早在1968年，有人提出用MOS 结构做高频功率放大1，该MOSFET 的结构如图3.1a 所示（其实就是一个普通MOS 结构加了一个耐压结构），由于P 型衬底也接低电位，故常将衬底接触电极和源随后，Vertical device的是高压分立器件。
如图3.1b 所示。
（这个图是本人猜想图）1974年，VVMOS（Vertical V-groove MOS ）诞生，如图3.1c 所示，此结构缺点：1）靠腐蚀形成V-Groove ，不易工艺控制；2）V 形槽底部为尖峰，曲率大，电场较大，容易击穿，可靠性差等。
紧接着，VUMOS （Vertical U-groove MOS ）诞生，如图3.1d 所示，此结构解决了VVMOS 的一些弊端，但是这种器件的栅极的生成仍然是靠腐蚀，U 形槽易于受离子玷污造成阈值电压不稳定；进入80年代，VDMOS （Vertical 2）得到大发展，结构如图3.1e 所示。
最初的LDMOS ，如图3.1f 就是最初的LDMOS MOS ）。
优点：易于集成，和CMOS工艺兼容，缺点：要获得较高的击穿电压，漂移区要很长，占用很大的芯片面积。
加入了RESURF 结构，图3.1g 就是加入了RESUFR 结构的LDMOS ，可以参考前面所述的超结结构，其实超结结构也可以称为多RESURF 结构，关于RESURF 的内容在LDMOS 部分详细说明。
( f )( g )LDMOS图3.1 功率MOS （LDMOS&VDMOS ）的发展示意图1 见陈星弼 “功率MOSFET 与高压集成电路”，不知是不是第一个功率MOSFET 。
2就是用同一块掩膜版扩散两次，扩散杂质不同，两次扩散的横向扩散长度的差就构成了器件的沟道。
插曲－功率MOSFET分类：按导电沟道可分为P 沟道和N沟道。
按阈值电压可分为：耗尽型（当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道）和增强型（对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道）。
我们现在涉及到的都是增强型管，主要以N4．VDMOS及其工作原理4.1 VDMOS的关断/导通情况同普通的MOSFET一样，当栅极电压小于阈值电压时，器件处于关断状态，图4.1所示的是处于关断状态下的VDMOS原胞就是指器件中最小的重复单元，一个器件是由很就是该器件的耐压部分，（新同学可以思考一下该器件最容易击穿的位置在哪？）当器件的栅极电压大于阈值电压时，器件处于导通状态，图4.2所示的就是处于导通状态下的VDMOS 状态示意图，从图中可以看出，即使器件处于导通状态，但是VDMOS内部仍然有耗尽层，并且随着漏极电压的升高，耗尽层越宽，但是此时存在有漏到源的电流通路。
并且需要注意的：图中虚线圈中的部分很像一个JFET，我们通常称这一部分为寄生JFET区，图4.1 处于关断状态下的VDMOS 图4.2 处于导通状态下的VDMOS4.2 VDMOS中的导通电阻y在VDMOS中，顺着电子流的方向，整个导通电阻包括：沟道电阻、积累层电阻、寄生JFET电阻、扩散电阻、外延层电阻、衬底电阻和金属导线电阻。
（每个电阻在不同的耐压情况下所占总的导通电阻的比例也使不同的，在低压的器件中，沟道电阻是主要的，在高压器件中，外延层的电阻是主要的<取决于外延层的电阻率和厚度>，）y沟道电阻：一定的栅电压下，沟道电阻随着栅氧化层厚度的减小而减小y积累层电阻：当器件导通后，栅下的N-区会形成一层积累层，形成一层电阻很低的电子通道，这些电子是从沟道出来的y寄生JFET电阻：离开积累层的电子会垂直进入到硅体内（可以看成是一个N沟的JFET），这个电阻是随着源漏电压的变化而变化的，降低这个电阻的方法可以增加P井之间的距离，但是这样会影响到集成度的提高。
y扩散电阻：当电子再往下走时，电子开始向下扩散流动（也有可能进入到其他的元胞中），由这些电流流过的漂移区的电阻称为扩散电阻。
y外延层电阻：器件的耐压值决定了外延层的电阻率和厚度，高压器件中这个电阻很重要。
外延层的厚度一般由器件的耐压水平决定。
y衬底电阻：衬底电阻只在耐压值低于50V的情况中才比较明显。
y金属线和引线电阻：器件在和外部引脚相连的导线，在一般器件中，此电阻大概有几毫欧。
注：由于以上的电阻都和电子/空穴的迁移率的函数，因为u n远大于u p，所以p沟道MOS的电阻大于同种情况下的N沟道MOS。
高压器件中的导通电阻（漂移区电阻）和耐压的关系（2.5次方的关系）：9 2.525.9310on B R A V cm −•≅×•Ω•反比的，要得到导通电阻的大小，需要用特征导通电阻除以芯片面积，面积越大，导通电阻越小。
4.3 VDMOS 中的电容在讲VDMOS 电容之前，首先了解两类电容：PN 结电容和氧化层电容。
PN 结电容中的介质是耗尽层，因为耗尽层的厚度会随电压的大小的改变而改变，所以PN 结电容是随电压变化而变化的。
氧化层电容中的介质是二氧化硅，它的厚度不会随电压而改变，所以氧化层电容是个固定电容。
图4.3是VDMOS 处于关断状态下的内部电容分布示意图，从图中看出： 和栅极和源极之间相关的电容有：CgsN+，CgsP ； 和栅极和漏极之间相关的电容有：Cgdox ，Cgdbulk ； 和源极和漏极之间相关的电容有：Cds ； 和栅极和金属之间相关的电容有：CgsM ； 电极之间的电容就是上述电容的组合。
举个例子：栅极和漏极之间的电容（两个电容并联）：111Cgd Cgdox Cgdbulk=+ 由于Cgdbulk 是PN 结电容，随Vd 的变化而变化，如图4.4所示，其余电极的电容同学自行推导。
图 4.3 VDMOS 中电容分布示意图图4.4 VDMOS 中Cdg 和Vdg 的关系5．LDMOS 及其工作原理5.1 RESURF LDMOS如图5.1所示的是基本的RESURF 结构的LDMOS ，在图中本人加入了一些术语，通常的，P_body 的浓度远远大于P_sub 的浓度。
RESURF 的全称是Reduced SURface Field （RESURF ），顾名思义，就是降低表面的电场，目的就是使得击穿不会发生在器件的表面。
如果击穿发生在表面，那么这个器件就不是一个优化的器件，原因如下：图中用虚线标出了两个结，分别是P_body/N_drift 结和P_sub/N_drift 结，由于P_body 的浓度远远大于P_sub 的浓度，所以J2的击穿电压高于J1的击穿电压，如果击穿发生在J1（由于鸟嘴处的曲率较大，所以击穿会发生在J1靠近鸟嘴的表面处），但是这不是我们所希望的，我们希望击穿能发生在J2处！所以我们要降低表面的场强。