MOSFET的ON电阻

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 )。

  1. 从S端子到S电极的电线、引线框架等的电阻
  2. 通道电阻
  3. 漂移电阻
  4. 硅基板电阻
  5. 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

  1. 从S电极到S端子的电线、引线框架等的电阻
  2. 通道电阻
  3. 漂移电阻 ⇒高耐压与低耐压,这里差别很大
  4. 硅基板电阻
  5. 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?

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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
MOSFET

高耐压
MOSFET

工艺的微细化


半导体加工技术的基础。设备的能力。
通道电阻的降低、单元的小型化。

TRENCH栅极


挖槽、嵌入栅极的技术。
在低耐压MOSFET中为主流。提高单元的密度。

夹头(连接头)

使用金属导体来代替电线进行连接。
不仅降低电阻,还要降低电感。

Super Junction

在漂移层采用PN的条纹结构。
突破原来的理论临界,降低ON电阻。

Wide Band Gap

引入SiC、GaN等新材料。
实现原来采用Si不可能实现的特性。

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。

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