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功率MOSFET 和IGBT

结构和原理
功率MOSFET 和IGBT 是做在0,1 到 1,5 平方厘米的芯片上,它的密度是每平方毫米250.000 个单元 (50 V 功率MOSFET) 或者 50.000 单元 (1200 V IGBT)。
IGBT3 的结构
于晶体管相同的技术概念,MOSFET 和IGBT 芯片控制区有相近的结构。基板是n-
型半导体,在截止状态时n-区必须接纳空间电荷区。在n-型半导体上形成一个p 导通型半导体环形槽,它掺杂浓度是中心高(p+),边缘低(p-)。在环形槽上有一层n+型硅材料,它同MOSFET 的源极或者IGBT 的发射极相连接。在n+型硅材料上,通过一层薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层,用n+型多晶硅构成控制区(基极)。
在微电子学中,如图2.4.2 或图2.4.3 所描述的形式,被称为垂直结构,因为外部电流是垂直流过每个单元。在本书除个别例外的晶体管,只讨论n 沟道增强型元器件,既在p 型导通的硅材料加上一个正的控制电压和在导通沟道中电子作为载子(主要载流
子)。在不加控制电压时元器件处于截止状态(自闭晶体管)。另外类型的MOSFET是p 沟道增强型(既在p 型导通的硅材料加上一个负的控制电压和在导通沟道中正离子作为主要载流子,有同样的自闭晶体管特性),以及n 型和p 型耗尽型(耗尽型晶体管)。它们在没有控制电压时是导通状态(自开晶体管)。通过控制电压可在晶体管内产生空间电荷区,用它来影响和切断流通沟道。这种半导体元器件在实践中有一些应用,但在这里我们不讨论这些类型。
功率MOSFET 的垂直结构a)流通图 b)电工符号
IGBT 垂直结构图 a)流通图 b)电工符号
功率MOSFET 和IGBT 在结构上的不同导致了性能上的差异,最大的不同之处就是第
同的性能,IGBT 元器件是在底面用p+ 区时,会导致正电荷的载流子(空穴)由p+
了主电流(收集极电流)的大部分。主电流又会使空间电荷区减少,从而使集电极和

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