MOSFET di potenza

15 Pages·2011·0.76 MB·Italian

by  Giuseppe Iannaccone

MOSFET
 di
 potenza
Ver3cally
 Diffused
 (VD)
 MOSFET

•  N+
 ~
 1019
 cm-­‐3,
 P
 ~
 1016
 cm-­‐3,
 N-­‐epi~
 1014-­‐1015
 cm-­‐3,
 t
 ~
 100
 nm

ox
•  La
 tensione
 di
 breakdown
 e`
 determinata
 dalla
 regione
 di
 deriva

•  BJT
 parassita
 (Nota:
 corto
 tra
 body
 e
 source,
 spegne
 il
 BJT)

•  Diodo
 tra
 p-­‐body
 e
 n+
 drain
 (uMle
 nei
 raddrizzatori)

•  Il
 gate
 e’
 sovrapposto
 alla
 regione
 di
 deriva.
 Regione
 ON:
 riduce

RON
 (accumulazione),
 regione
 OFF
 (agisce
 da
 “field
 plate”).
VDMOSFET

•  Molte
 celle
 in
 parallelo
 (migliaia)
 di
 varia
 forma
 (per
 es.
 HEXFET)

con
 piccole
 regioni
 di
 source
 
 alto
 W/L

•  W
 del
 MOSFET
 e’
 la
 somma
 delle
 larghezze
 di
 queste
 regioni
Funzionamento
 e

cara>eris3che
 I-­‐V

S
G
V
•  Vth
 ~
 2-­‐5
 V

•  CaraeerisMca
 di
 trasferimento

~
 lineare
 (non
 parabolica!)
Saturazione
 della
 velocita`
 di

deriva

•  E’
 responsabile
 della

transcaraeerisMca
 lineare
 per

overdrive
 non
 piccolissimi.

•  Perche’
 I
 ~
 (V -­‐V )2?

GS th
– 1.
 Q
 ~
 (V -­‐V )

GS th
– 2.
 Caduta
 di
 tensione
 sul

canale
 ~
 (V -­‐V )

GS th
•  Il
 faeore
 2
 sparisce
 se
 la
 velocita’

degli
 eleeroni
 satura,
 quindi:

– I
 ~
 (V -­‐V )

GS th
•  W/L
 ~
 1000-­‐10000
Modelli
 MOSFET
 in
 commutazione

•  I
 MOSFET
 si
 basano
 su
 portatori
 maggioritari
 e
 sono
 quindi

intrinsecamente
 piu’
 veloci
 dei
 BJT
 (frequenza
 switching
 fino
 a

1
 MHz)

•  C
 e
 C
 determinano
 la
 frequenza
 di
 commutazione

gs gd

 Zona
 aEva

 regione
 ohmica
Capacita`
 interne

•  Cgs
 indipendente
 da
 V
DS

•  Cgd
 varia
 anche
 di
 2
 ordini
 di
 grandezza
 con
 V .
 Approx
 a
 due

DS
livelli
 (V <
 V
 –
 regione
 ohmica
 o
 V >V
 -­‐
 saturazione
 )

DS
  GS DS GS
Accensione
 –
 turn
 on

•  Carico
 indunvo

•  t :

 delay
 turn
 on

d(on)
V
 arriva
 a
 V
GS th

•  t :
 rise
 Mme
 i
 (sat)

ri
•  t
 sat
 (VGS
 cost)

fv1
•  t
 lineare
 (VGS

fv2
cost)
Spegnimento
 –
 turn
 off

•  Per
 t=0
 V
 va
 a
 0.

GG
•  Quando
 VGS

raggiunge
 il
 valore

che
 sosMene
 la
 ID

la
 variazione
 si

arresta
 finche’
 il

canale
 non
 si

svuota

•  t
d(off)

•  t :
 (lin)

rv2
•  t :
 (sat)

rv1
•  t :
 (sat)

fi
Tensione
 di
 breakdown

•  RaMngs:

– V
 
 breakdown
 dieleerico
 dell’ossido
 (107
 V/cm)

GS(max)
• Se
 tox
 ~
 50-­‐100
 nm
 
 V
 ~
 50-­‐100
 V
 (praMca
 20-­‐30

GS(max)
V)

• Protezione
 da
 scariche
 eleeriche
 tramite
 due
 Zener
 back-­‐
to-­‐back
 tra
 G
 e
 S.

– BV 
 limitato
 dal
 breakdown
 a
 valanga
 tra
 drain
 e
 body

DSS


 dipende
 dallo
 spessore
 della
 regione
 di
 deriva
 (come
 nei

diodi
 pn.