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VDMOS器件结构及工作原理

2025-06-06 14:08:11

VDMOS(垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管,VerticalDouble-DiffusedMOSFET)是一种功率半导体器件。

一、VDMOS名称由来

垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管

垂直:由于漏极在器件底部,漏极与源极间电流垂直流动。

双扩散P-基区和N+源区由扩散工艺得到。

金属氧化物半导体:器件从上到下依次是金属(栅极)、氧化物(栅氧)、半导体(硅)

二、VDMOS结构

N+衬底

重掺杂的硅衬底,电阻率极低,与背面金属形成欧姆接触,作为漏极的引出端。

N-外延层

轻掺杂的硅外延层,生长在N+衬底上,厚度和掺杂浓度由器件耐压(击穿电压)设计决定,电阻率较高,形成漂移区。
P-
基区

通过离子注入和扩散工艺在N-外延层中形成的P型区域。

P+基区

P-基区表面进一步注入重掺杂P型杂质,与正面金属形成欧姆接触,与N+源区短接。

N+源区

P-基区表面进一步注入重掺杂N型杂质,与正面金属形成欧姆接触,形成源极的引出区域。

栅极

覆盖在P基区和N+源区上方的多晶硅或金属电极,下方是一层薄二氧化硅(SiO₂)绝缘层,与半导体表面隔离。

三、VDMOS工作原理

开通状态

VGS>VTH时,由于栅极电场作用,将P-基区中的电子(少子)吸引到半导体表面,形成N型反型层,连接N⁺源区和N⁻外延层,成为源极到漏极的导电通道。这时施加漏-源电压VDS,在电场的作用下电子从源极流经导电沟道进入N⁻外延层,垂直向下流向漏极(N⁺衬底),形成由漏极指向源极电流(如下图)。

关断状态

VGS时,在栅极下方的二氧化硅绝缘层产生的电场较弱,栅极下方半导体表面未形成N型反型层。这时施加漏-源电压VDSN⁻外延层与P-基区形成的PN结处于反偏状态,漏极与源极之间几乎无电流流过(如下图)。

注:

可以把栅极理解为开关(控制源极与漏极之间电流)。

                    



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作者: 深圳市亿伟世科技有限公司
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