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Si功率元器件

Si晶体管

所谓MOSFET-超级结MOSFET

从本篇开始,介绍近年来MOSFET中的高耐压MOSFET的代表超级结MOSFET。

功率晶体管的特征与定位
首先来看近年来的主要功率晶体管Si-MOSFET、IGBT、SiC-MOSFET的功率与频率范围。因为接下来的几篇将谈超级结MOSFET相关的话题,因此希望在理解Si-MOSFET的定位的基础上,根据其特征和特性对使用区分有个初步印象。

下图表示处理各功率晶体管的功率与频率范围。可以看出,Si-MOSFET在这个比较中,导通电阻与耐压略逊于IGBT和SiC-MOSFET,但在低~中功率条件下,高速工作表现更佳。

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平面MOSFET与超级结MOSFET
Si-MOSFET根据制造工艺可分为平面MOSFET和超级结MOSFET。简而言之,就是在功率晶体管的范围,为超越平面结构的极限而开发的就是超级结结构。

如下图所示,平面结构是平面性地构成晶体管。这种结构当耐压提高时,漂移层会增厚,存在导通电阻增加的课题。而超级结结构是排列多个垂直PN结的结构,可保持耐压的同时降低导通电阻RDS(ON)与栅极电荷量Qg。

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另外,内部二极管的反向电流irr和反向恢复时间trr是作为晶体管的关断开关特性的探讨项目。如下面的波形图所示,基本上超级结MOSFET的PN结面积比平面MOSFET大,因此与平面MOSFET相比,具有trr速度更快、但irr较多的特性。

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这种特性作为超级结MOSFET的课题在不断改善,因其高速性和低噪声特征,超级结MOSFET有一些变化。从下篇开始,将介绍每种变化的特征。

关键要点:

・Si-MOSFET的产品定位是“以低~中功率高速工作”。

・超级结结构可保持耐压的同时,降低导通电阻RDS(ON)与栅极电荷量Qg。

・超级结MOSFET与平面MOSFET相比,具有trr速度更快、irr更大的特性。