MOS器件雖然漏極電流可以達到數(shù)安培，漏源電壓可以達到100V以上，但是由于漏源電阻大、頻率特性差、硅片面積利用率低等缺點，使得MOSFET在功率上有很大的限制。隨著VMOS技術(shù)移植到MOS功率器件后，VMOSFET的耐壓可達到1000V以上，電流處理能力可達到幾百安培。這得益于VMOSFET短溝道、高電阻漏極漂移區(qū)和垂直導(dǎo)電電路等特點。VMOSFET具有VVMOS和VDMOS兩種結(jié)構(gòu)，下面分別來說說。

VVMOS結(jié)構(gòu)介紹

VVMOS結(jié)構(gòu)示意圖

如上圖所示，這種結(jié)構(gòu)是在N+襯底和N-漂移層上，先后進行P型區(qū)N+型區(qū)兩次擴散，然后利用晶體硅的各向異性刻蝕技術(shù)，造出V型槽。槽的開口深度由開口寬度決定，槽壁和硅平面成54.7°。漏極從管子背面引出。這種結(jié)構(gòu)改變了MOSFET的電流方向，不再是延表面水平方向流動，而是從N+區(qū)域出發(fā)，經(jīng)過與表面成54.7°的N溝道流到N-漂移區(qū)，然后垂直的流動到漏極。

VDMOS結(jié)構(gòu)介紹

VDMOS管結(jié)構(gòu)示意圖

VDMOS主要應(yīng)用在大功率場景，其結(jié)構(gòu)如上圖所示，VDMOS的意思是垂直導(dǎo)電雙擴散結(jié)構(gòu)，和VVMOS不同，它不利用V型導(dǎo)電槽構(gòu)成導(dǎo)電溝道，而是利用兩次擴散形成的P型區(qū)和N+型區(qū)，在硅片表面的結(jié)深度之差形成導(dǎo)電溝道。電流在溝道內(nèi)沿表面流動，然后垂直的被漏極接收。下面來詳細分析一下。

VDMOS管的襯底是一個N+襯底，其上外延生長一個高阻N-型層，最終形成一個N-漂移層，該層的電阻率和外延厚度決定了器件的耐壓水平。在N-外延上經(jīng)過P型和N型兩次擴散，形成了N+_N-_P_N+的結(jié)構(gòu)，這樣兩次擴散深度差形成的P體區(qū)就形成了一個MOS柵結(jié)構(gòu)。柵極零偏壓時，阻隔圖中電流Id通過。當(dāng)柵極正偏壓超過開啟電壓Vt時，溝道由P型區(qū)變成N+型，整個器件處于導(dǎo)通狀態(tài)。由于依靠N溝道來導(dǎo)電，所以成為N溝道VDMOS管。反之，就是P溝道VDMOS管。由于電子的遷移率比空穴高三倍左右，N溝道的工藝比較常用，相反P溝道器件的成本價格就會比較高。

VMOSFET的優(yōu)點總結(jié)

說了那么多VMOSFET的結(jié)構(gòu)原理，下面來說說我們使用VMOSFET到底有什么優(yōu)點。

高輸入阻抗、低驅(qū)動電流
開關(guān)速度快、高頻特性好
負電流溫度系數(shù)、熱穩(wěn)定性好，不會導(dǎo)致溫度越高，載流子運動越快，從而導(dǎo)致溫度繼續(xù)升高的惡性循環(huán)。如下圖所示。

VMOS負溫度系數(shù)示意圖

安全工作區(qū)域大，得益于VMOSFET的負溫度系數(shù)，其不存在局部熱點和電流集中等問題，只要設(shè)計合理，可以避免二次擊穿。如下圖。

VMOS的安全工作區(qū)示意圖

高線性化跨導(dǎo)Gm：由于VMOS器件的溝道比傳統(tǒng)MOS管更短，當(dāng)Vgs上升到一定值后，Gm就保持不變，出現(xiàn)溝道飽和效應(yīng)，如下圖所示。

VMOS高線性跨導(dǎo)示意圖

幾乎線性的轉(zhuǎn)移特性，放大信號時失真極小，如下圖所示。

VMOS轉(zhuǎn)移特性比較示意圖

審核編輯：劉清