揭秘MOSFET漂移区的奥秘：耐压承载与优化设计
发布时间：2024-01-11
来源：罗姆半导体社区 (https://rohm.eefocus.com)
MOSFET由三个区域组成：源、通道和漏。漂移区，位于源和漏之间。在开启时，电流主要在通道中流动。但当MOSFET关断时，由于电荷的累积，会在漂移区中产生一个反偏电压。这个反偏电压会导致电子从源向漂移区流动，最终达到动态平衡状态。
漂移区的主要作用在于当MOSFET关断时，漂移区承载了大部分的电荷，帮助维持MOSFET的反偏电压。在动态过程中，漂移区也参与了电流的传输，尤其是在高频开关应用中。通过改变栅极电压，可以控制漂移区的电荷分布，进而控制源和漏之间的导通或断开状态。
漂移区的存在使得电流在源极和漏极之间的流动更加顺畅。在设备导通时，电阻会相对较低，而减少了能耗。漂移区对于维持MOSFET的稳定性也有重要作用。它可以帮助维持源极和漏极之间的电场分布，确保器件性能的稳定。在某些高电压应用场景中，漂移区还可以起到保护作用，防止源极和漏极之间的场效应管被高电压击穿。
当MOSFET处于反偏状态时，漂移区是承载耐压的主要区域。这个区域的掺杂浓度和厚度都经过精心设计，以增强其耐压能力。体二极管作为MOSFET的重要特性，其实质是PN结二极管。当MOSFET处于反偏状态时，实际上是体二极管处于反偏状态，电压主要由漂移区来承载，而体二极管起到了一种“电压承载器”的作用。
将MOSFET的漂移区简化为一个基础的PN结二极管模型，当电压反向施加在PN结上时，电场强度在结的内部呈现三角形分布。这个电场强度会分别向N区和P区方向延展，直到电场强度降为0。场强衰减的斜率与掺杂浓度直接相关，换句话说，掺杂浓度越高，电场强度的衰减速度就越快。
偏移区在反偏状态下的主要任务是承受耐压。这个区域的设计对于确保MOSFET的可靠性和稳定性至关重要。通过优化漂移区的掺杂浓度、提高电场强度的最大值或者增加器件的厚度，有助于提升耐压能力。漂移区的厚度足够大，以确保能够承受足够的耐压。较厚的漂移区能够提供更多的空间来容纳电场，从而分散电压，防止击穿。
漂移区的掺杂浓度也需要进行精心选择。如果浓度过高，会导致电子容易在电场的作用下被加速到足够高的速度，从而引发隧道效应，导致漏电流增大。电场强度的最大值受到材料的限制，SiC是Si的10倍。
关键词：MOSFET
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