原创 沟槽栅低压功率MOSFET 的发展（4）

　　在现在的功率MOSFET 器件中，传统的表面栅结构已经不是很常用到了，这主要是由于它的通态电阻太大，功耗太高，以至于无法很好的满足功率器件的要求。于是将目标集中在沟槽栅MOSFET 上。使用挖槽工艺的沟槽栅MOSFET 由于能够得到较低的通态电阻，所以在低压范围内得到了普遍应用。但是采用密集精细的沟槽栅后，沟道面积的增加带来栅极电荷增大，表现为栅极的寄生电容增大。这样，即使降低了通态比电阻，器件的FOM 也不一定会降低。因此，要减小器件的FOM，应该在减小通态比电阻的基础上进一步优化栅极电荷。

　　影响功率MOSFET 开关速度的主要因素是寄生电荷，直观的看来表现为寄生电容的影响。沟槽栅MOSFET 中存在的寄生电容如图 所示。

　　1）漏源间的电容C_gs=C_o+C_N++Cp

　　其中，C_o 为栅极和源极金属间的电容。

　　 ε₁为阻隔层的介电常数；t_o 为阻隔层的厚度；A_o 为栅电极和源区的重叠面积。

　　C_N+为栅极与n+源扩散区间的电容。

　　，ε_ox 为栅氧的介电常数；t_ox 为栅氧厚度；C_ox 单位面积栅氧电容，；L 为沟道长度，W 为总的沟道宽度。A_N+o 为栅电极与N+区重叠的面积。

　　C_p 为栅极与p 型体区间的电容。它受沟道长度和栅极所加电压的影响。

　　2）栅漏间的电容Cgd

　　Cgd 受到栅极和漏极电压的影响。当Vds 发生变化时，栅电极与漏区重叠的面积发生变化，从而影响Cgd 的值。

　　，其中X 为相邻原胞的长度；Wd（epi.）为外延层中耗尽区宽度。，q 为单位电荷电量；k_s 为硅的介电常数；ε_o 为真空介电常数；C_B 为外延层掺杂浓度；Φ_B 为pn 结势垒。

　　3）漏源电容C_ds

　　C_ds 随着p 型体区与n-漂移区间耗尽层宽度的变化而变化，而此耗尽层又受到V_ds 的影响。所以有。当V_ds>>Φ_B时，C_ds随着V_ds的增加而减少，符合。

　　输入电容C_iss=C_gd+C_gs。由于功率MOSFET 的频率响应由输入电容充放电时间决定，所以，减小输入电容有利于电路工作频率的提高。而在输入电容组成因素中，栅漏间电容C_gd（密勒电容）对器件开关速度的影响最大，因此，减小器件C_gd（在一定的栅压下也就是减小栅源电荷Q_gd）对于减小FOM 发挥着重要的作用。

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