半导体功率器件.ppt

微电子器件基础,第 八 章 半导体功率器件,8.1功率双极晶体管,8.1.1垂直式功率晶体管的结构横截面示意图 相互交叉的晶体管结构,8.1功率双极晶体管,8.1.2 功率晶体管的特性1．较宽的基区宽度，更小的电流增益 2．大面积器件，更低的截至频率 3．集电极最大额定电流远大于于小信号晶体管小信号与功率晶体管特性与最大额定值的比较,8.1功率双极晶体管,8.1.2 功率晶体管的特性功率晶体管的电流特性,8.1功率双极晶体管,8.1.3、达林顿组态,npn达林顿组态,npn达林顿组态的集成电路实现,8.2功率半导体MOSFET,8.2.1 功率晶体管的结构,双扩散MOS横截面,垂直沟道VMOS,8.2功率半导体MOSFET,8.2.2 功率晶体管的特性1.更快的开关转换时间 2.无二次击穿效应 3.在一个更宽的温度范围内有稳定的增益及响应时间8.2功率半导体MOSFET,8.2.2 功率晶体管的特性,8.2功率半导体MOSFET,8.2.3 寄生双极晶体管,8.2功率半导体MOSFET,8.2.3 寄生双极晶体管1.MOSFET的沟道长度视为寄生晶体管的基区宽度，寄生晶体管的电流增益很大。

2.寄生晶体管几乎一直处于关断态，只有在高速开关切换时处于开态寄生晶体管可能会产生一个很大的开态漏电流使MOSFET烧坏，称之为反向击穿8.3散热片和结温,晶体管消耗的能量会使其内部温度逐渐升高，以致超过周围环境的温度如果结温Tj太高，会永久烧坏晶体管，因此功率晶体管在封装时会包含散热片考虑散热片的影响时，必须考虑热阻θ的概念，其单位是℃/W元件的温度差T2-T1与热阻的关系为： T2－T1＝PθP是通过元件的热功率8.3散热片和结温,8.4半导体闸流管,电子器件的一个重要应用就是开态到关态的转换，对于所有的pnpn结构的半导体器件，如果其能实现双稳态正反馈开关转换特性，就可称之为闸流管对于三电极的半导体闸流管来说，半导体整流器（SCR）是常用的名称8.4半导体闸流管,8.4.1半导体闸流管的基本特性,8.4半导体闸流管,8.4.1半导体闸流管的基本特性,8.4半导体闸流管,8.4.1半导体闸流管的基本特性,8.4半导体闸流管,8.4.2SCR的触发机理,8.4半导体闸流管,8.4.2SCR的触发机理,8.4半导体闸流管,8.4.2SCR的关断,若想将四层结构的器件从导通状态转换到关断状态，只需将电流IA降低到使得α1＋α2＝1处的临界电流值之下即可，此临界电流值称之为维持电流。

如果寄生的四层结构被触发进入导通状态，则有效的阳极电流就会降低到相应的维持电流之下，从而使器件关闭，这种要求意味着所有的电源都应关断 使SCR关断的另一种方法是从p区抽走空穴8.4半导体闸流管,8.4.2器件结构,1.基本SCR结构,8.4半导体闸流管,8.4.2器件结构,2.双边对称的闸流管,8.4半导体闸流管,8.4.2器件结构,2.双边对称的闸流管,8.4半导体闸流管,8.4.2器件结构,3.MOS栅控的闸流管,8.4半导体闸流管,8.4.2器件结构,4.MOS关态闸流管,8.5 习题,1.假设一个功率BJT的BC结击穿电压BVCBO＝300V，画出范围5≤β≤10内BVCEO与β的关系曲线，假定n=32.散热片中并联使用了三个MOSFET，当这三个晶体管导通时，负载电流为5A1）三个器件的导通电阻分别为RON1＝1.8Ω,RON2＝2Ω和RON3＝2.2Ω，计算每个电器中的电流和功耗2）第二个晶体管的导通电阻增大到RON2＝3.6Ω,机计算每个电器中的功耗3.开关闸流管的一个条件是α1＋α2＝1证明该条件β1 β2＝1，其中β1是闸流管等效电路中的pnp双极晶体管的共发射极电流增益， β2是闸流管等效电路的npn双极晶体管的共发射极电流增益。