功率场效应管(power MOSFET)与IGBT基础知识介绍

功率场效应管(power MOSFET)与IGBT基础知识介绍

功率场效应管(power MOSFET)与IGBT基础知识介绍

今天，功率场效应管(power MOSFET)(POWER METAL OXIDE SEMICONDUCTOR FIELD EFFECT TRANSISTOR：大功率金属氧化物半导体场效晶体管)已成为大功率组件(POWER DEVICE)的主流，在市场上居于主导地位。以计算机为首之电子装置对轻薄短小化以及高机能化的要求带动功率场效应管(power MOSFET)的发展，此一趋势方兴未艾，技术之进步永无止境。在庞大计算机市场支撑之下，IC 开发技术人员在「大功率组件采用单晶IC(MONOLITHIC)技术」方面促成了MOS系大功率组件的突破。尤其是低耐压大功率 MOSFET，随者其母体“MOS IC”之集积度的提高而性能大增（双极晶体管﹝BIPOLAR TRANSISTOR﹞无法达到）。大功率MOSFET的动作原理十分容易了解，适合于驱动电路及保护电路等制成IC。

大功率组件（POWER DEVICE）不可避免地会发热，在此情况下，功率场效应管(power MOSFET)的MOS（METAL OXIDE SEMICONDUCTOR）系闸极（GATE）四周围绕的绝缘膜（材质通常为SiO2）的质量决定其特性及可靠度。在组件技术及应用技术确立之时期，开发完成“AVALANCHE FET”并付诸生产，此种组件即使是在崩溃（AVALANCHE）之情况下也不会发生破坏。之后，大功率 MOSFET（功率场效应管(power MOSFET)）剩下的未解决课题是高耐压化，1998年在市场崭露头角的“COOL MOS”将业界水平一举提高至相当高的层次。AVALANCHE FET 及COOL MOS可以说是确定MOS系大功率组件之评价的两大支柱。

在当初，IGBT（INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR）期待只将NCH 功率场效应管(power MOSFET) 的基片（SUBSTRATE）的极性从n型变更成p型就能够实现高耐压、大电流组件，但是，IGBT 在本质上为双及组件（BIPOLAR DEVICE），对于单及组件（UNIPOLAR DEVICE）功率场效应管(power MOSFET) 世代的技术人员而言较为难以了解。近年来，双极晶体管（BIPOLAR TRANSISTOR）的基础知识以及以往所累积的宝贵经验重新受到重视，这是有趣的现象（本来，电子之技术革新有全盘推翻以往所有技术的趋势）。

进入1990年代后，功率场效应管(power MOSFET)及IGBT等MOS系组件取双极系组件（SCR〔闸流体〕、BJT〔双极接合型晶体管〕）之地位而代之，如今已成为大功率组件（POWER DEVICE）之主流，其主要原因是，MOS系集成电路如今已成为IC 的主流了。随着手提型计算器及计算机等之迅速普及，为了节省消耗功率而延长电池之使用时间，性能稍差但省电的MOS IC顿时成为时代之宠儿。同时，导入先进之IC微细加工技术之后使得大功率组件之性能大幅提高。

　

代表性的数字IC的特征

　

制造技术

数位IC

积极度﹡

能源节约

动作速度﹡﹡

低电压化

BIPOLAR

TTL

50

1~20m

1.5~10

5

I²L

300

100μ

15

1

MOS

CMOS

200

2.5μ

5~10

3

﹡5μrule之场合

GATE/mm²

W

n秒

V

﹡﹡传输延迟时间