半导体功率器件.ppt

1、微电子器件基础,第 八 章 半导体功率器件,8.1功率双极晶体管,8.1.1垂直式功率晶体管的结构 横截面示意图 相互交叉的晶体管结构,8.1功率双极晶体管,8.1.2 功率晶体管的特性 1较宽的基区宽度，更小的电流增益。 2大面积器件，更低的截至频率。 3集电极最大额定电流远大于于小信号晶体管。 小信号与功率晶体管特性与最大额定值的比较,8.1功率双极晶体管,8.1.2 功率晶体管的特性 功率晶体管的电流特性,8.1功率双极晶体管,8.1.3、达林顿组态,npn达林顿组态,npn达林顿组态的集成电路实现,8.2功率半导体MOSFET,8.2.1 功率晶体管的结构,双扩散MOS横截面,垂直沟道

2、VMOS,8.2功率半导体MOSFET,8.2.2 功率晶体管的特性 1.更快的开关转换时间。 2.无二次击穿效应。 3.在一个更宽的温度范围内有稳定的增益及响应时间。,8.2功率半导体MOSFET,8.2.2 功率晶体管的特性,8.2功率半导体MOSFET,8.2.3 寄生双极晶体管,8.2功率半导体MOSFET,8.2.3 寄生双极晶体管 1.MOSFET的沟道长度视为寄生晶体管的基区宽度，寄生晶体管的电流增益很大。 2.寄生晶体管几乎一直处于关断态，只有在高速开关切换时处于开态。 3。寄生晶体管可能会产生一个很大的开态漏电流。使MOSFET烧坏，称之为反向击穿。,8.3散热片和结温,晶体

3、管消耗的能量会使其内部温度逐渐升高，以致超过周围环境的温度。如果结温Tj太高，会永久烧坏晶体管，因此功率晶体管在封装时会包含散热片。 考虑散热片的影响时，必须考虑热阻的概念，其单位是/W。元件的温度差T2-T1与热阻的关系为： T2T1P P是通过元件的热功率。,8.3散热片和结温,8.4半导体闸流管,电子器件的一个重要应用就是开态到关态的转换，对于所有的pnpn结构的半导体器件，如果其能实现双稳态正反馈开关转换特性，就可称之为闸流管。 对于三电极的半导体闸流管来说，半导体整流器（SCR）是常用的名称。,8.4半导体闸流管,8.4.1半导体闸流管的基本特性,8.4半导体闸流管,8.4.1半导体

4、闸流管的基本特性,8.4半导体闸流管,8.4.1半导体闸流管的基本特性,8.4半导体闸流管,8.4.2SCR的触发机理,8.4半导体闸流管,8.4.2SCR的触发机理,8.4半导体闸流管,8.4.2SCR的关断,若想将四层结构的器件从导通状态转换到关断状态，只需将电流IA降低到使得121处的临界电流值之下即可，此临界电流值称之为维持电流。如果寄生的四层结构被触发进入导通状态，则有效的阳极电流就会降低到相应的维持电流之下，从而使器件关闭，这种要求意味着所有的电源都应关断。 使SCR关断的另一种方法是从p区抽走空穴。,8.4半导体闸流管,8.4.2器件结构,1.基本SCR结构,8.4半导体闸流管,

5、8.4.2器件结构,2.双边对称的闸流管,8.4半导体闸流管,8.4.2器件结构,2.双边对称的闸流管,8.4半导体闸流管,8.4.2器件结构,3.MOS栅控的闸流管,8.4半导体闸流管,8.4.2器件结构,4.MOS关态闸流管,8.5 习题,1.假设一个功率BJT的BC结击穿电压BVCBO300V，画出范围510内BVCEO与的关系曲线，假定n=3。 2.散热片中并联使用了三个MOSFET，当这三个晶体管导通时，负载电流为5A。（1）三个器件的导通电阻分别为RON11.8,RON22和RON32.2，计算每个电器中的电流和功耗。（2）第二个晶体管的导通电阻增大到RON23.6,机计算每个电器中的功耗。 3.开关闸流管的一