MOSFET的特性示例(参考)
(新电元工业制造)
品名 |
耐圧 |
定格電流 |
ON抵抗 |
---|---|---|---|
P60B6SN | 60V | 60A | 5.3mΩ |
P4B60HP2 | 600V | 4A | 1.5Ω |
这是相同封装的低耐压MOSFET与高耐压MOSFET的ON电阻比较。
芯片的大小基本上相同,但是ON电阻存在差异。
二极管的特性示例(参考)
(新电元工业制造)
品名 |
耐圧 | 定格電流 | VF |
---|---|---|---|
D1FS6A (SBD) |
60V |
2.6A | 0.57V |
D1F60A (一般Di) | 600V | 1.2A | 0.97V |
二极管的VF不像MOSFET的ON电阻那样依赖于耐压。
什么是“ON电阻”?
ON电阻(RDS(ON))是指通道电阻以及从D端子到S端子的电阻(包含其它N层的电阻、电线、引线框架等的电阻 )。
- 从S端子到S电极的电线、引线框架等的电阻
- 通道电阻
- 漂移电阻
- 硅基板电阻
- 从芯片内面电极到D端子的焊锡、引线框架等的电阻
ON电阻的详细内容
- 从S电极到S端子的电线、引线框架等的电阻
- 通道电阻
- 漂移电阻 ⇒高耐压与低耐压,这里差别很大
- 硅基板电阻
- 从芯片内面到D端子的焊锡、引线框架等的电阻
高耐压MOSFET与低耐压MOSFET的漂移层差异
在D-S之间施加电压,则与电压相应的耗尽层扩散到N-层。
MOSFET的耐压取决于扩散到N-层的耗尽层的广度(厚度)。
高耐压MOSFET
低耐压MOSFET
在结构上耗尽层容易扩散,因此
N-层(漂移层)较厚,杂质浓度较低。
⇒想要流过电流时,电阻值较高
耗尽层稍微扩散即可,因此N-层
(漂移层)较薄,杂质浓度较高。
⇒想要流过电流时,电阻值较低。
由此可知,根据所需耐压的不同,存在“无法进一步下降的电阻值”。
如何减小ON电阻?
- 将单元大量集中,做成1个芯片。
⇒基本上采用这个思路,但是一味地大量集中可能导致芯片尺寸增大、成本上升。 - 尽可能地减小每1个单元。
⇒如果缩短“通道”的长度,则单个单元的通道电阻将下降,相同芯片面积可以塞进大量的单元。 - 在排列单元的“方向”上下工夫。
⇒这就是TRENCH技术。需要“挖槽”的特殊工序。 - 降低通道之外部分的电阻。
⇒采取措施,如降低产生耐压的“漂移层”的电阻、由电线改为连接头、通过增加引线框架的厚度及端子的粗细来降低电阻等。
降低ON电阻的主要技术
效果的大小 |
内容和目标 | ||
---|---|---|---|
低耐压 |
高耐压 | ||
工艺的微细化 |
◎ |
〇 |
半导体加工技术的基础。设备的能力。 |
TRENCH栅极 |
◎ |
△ |
挖槽、嵌入栅极的技术。 |
夹头(连接头) |
◎ | △ |
使用金属导体来代替电线进行连接。 |
Super Junction |
✕ | ◎ |
在漂移层采用PN的条纹结构。 |
Wide Band Gap |
△ | ◎ |
引入SiC、GaN等新材料。 |
Super Junction 、 Wide Band Gap 是用于高耐压MOSFET的、降低漂移层电阻的技术。
ON电阻与容量成分对电路特性的影响
芯片尺寸大
RON・・小
容量・・・大
价格・・・高
芯片尺寸小
RON・・大(4倍)
容量・・・小(1/4)
价格・・・低
芯片尺寸越大,Ron越小,但是该部分容量将增加,因此开关、驱动所伴随的功率损失也会变大。
如果不考虑成本,则左图的虚线附近可以发挥最佳的性能。可以说并不是ON电阻越低越好。