Силовые полевые транзисторы.

Мощные МДП-транзисторы.

     Мощные МДП-транзисторы бывают двух типов, которые отличаются технологией их изготовления. К первому типу относится МДП-транзистор, изготовленный методом двойной диффузии – ДМДП-транзистор, который характеризуется коротким каналом, расположенным горизонтально. Малое сопротивление канала обеспечивается параллельным соединением каналов отдельных структур. На рисунке 11.1 приведена структура такого транзистора.

Для изготовления таких транзисторов, как видно из рисунка, на поверхности высокоомной положки из кремния п типа проводимости методом последовательной двойной диффузией создаются ячейки р-п⁺ типа. Затем формируются выводы МДП затвора и истока, а с нижней стороны подложки – общий вывод стока. Как видно из рисунка, отдельные элементы структуры транзистора расположены вертикально, ток стока течет перпендикулярно к поверхности, а каналы проводимости расположены горизонтально

Похожую же структуру имеют второй тип мощных МДП-транзисторов с V-образным затвором, так называемые VМДП-транзисторы (рис.11.2). В этом случае также на поверхности высокоомной положки кремния п -типа проводимости методом последовательной диффузии создаются слои р-п⁺ типа. Затем методом локального.

 

Рис.11.1. Структура мощного ДМДМ-транзистора.

 

селективного травления в слое р-п⁺ типа вытравливаются канавки, после чего поверхность канавок окисляется (на рис. 11.2 окисные слои заштрихованы). Далее формируются выводы затвора, стока, а на нижней стороне подложки – вывод стока.

Рис.11.2. Структура мощного VМДМ-транзистора.

       Как и в ДМДП-транзистор, в VМДП-транзисторе ток стока протекает перпендикулярно к поверхности, однако каналы проводимости здесь расположены практически вертикально. Кроме того, за счет V-образного затвора каждый элемент структуры содержит по два канала, что позволяет увеличить количество каналов и, тем самым, мощность транзистора.

       ДМДП- и VМДП-транзисторы относятся к полевым транзисторам с индуцированным каналом. Приведенные на рис.11.1 и 11.2 транзисторы имеют канал п -типа проводимости, выпускаются также транзисторы с каналом р -типа проводимости. Физические процессы в ДМДП- и VМДП-транзисторах практически такие же, как и в маломощных МДП-транзисторах (см. раздел 9.2). Так, в отсутствии напряжения на затворе эти транзисторы закрыты – это нормально закрытые приборы. Для отпирания необходимо на затвор подать напряжение выше некоторой пороговой соответствующей полярности, например, для транзистора с каналом п -типа – положительной полярности.

       В рассмотренных мощных МДП-транзисторах реализовано основное требование к мощным транзисторам – уменьшение длины канала и, если соединить все выводы затворов и истоков между собой, то обеспечивается параллельное соединение каналов. Таким образом, сопротивление канала открытого транзистора значительно уменьшается.

Как видно из элементарных структур (выделены штриховой линией на рис 11.1 и 11.2), в мощных МДП-транзисторах наряду с сопротивлением канала на потери мощности открытого транзистора влияют сопротивление высокоомной стоковой п -области, омические сопротивления стока и стока, сопротивления контактов и др. Заметим, что наибольший вклад на потери мощности вносят сопротивление канала и сопротивление высокоомной области стока. При этом, с ростом приложенного к стоку напряжения, сопротивление канала за счет его расширения уменьшается.

Дрейфовой ток стока протекает через высокоомную стоковую п -область, поэтому для обеспечения высоких рабочих напряжений (до нескольких киловольт) в мощных МДП-транзисторах сопротивление стоковой п -области должно быть большим. Но рост этого сопротивления, как было сказано выше, приводит к росту потери мощности транзистора при открытом канале, поэтому нужен оптимальный выбор значения сопротивления дрейфовой области мощного транзистора.

Мощные МДП-транзисторы находят широкое применение в выходных каскадах высококачественных усилителей мощности. Однако для практического применения такие транзисторы наиболее перспективны как мощные электронные ключи, так как они способны коммутировать токи до нескольких десятков ампер и напряжений до киловольт.