MOSFET-ის მიმოხილვა

დენის MOSFET ასევე იყოფა შეერთების ტიპად და იზოლირებული კარიბჭის ტიპად, მაგრამ ძირითადად ეხება იზოლირებულ კარიბჭეს MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), მოხსენიებული, როგორც დენის MOSFET (Power MOSFET). შეერთების ტიპის სიმძლავრის ველის ეფექტის მქონე ტრანზისტორს ზოგადად უწოდებენ ელექტროსტატიკური ინდუქციური ტრანზისტორი (Static Induction Transistor - SIT). მას ახასიათებს კარიბჭის ძაბვა გადინების დენის გასაკონტროლებლად, წამყვანი წრე მარტივია, მოითხოვს მცირე ძრავის სიმძლავრეს, გადართვის სწრაფ სიჩქარეს, მუშაობის მაღალი სიხშირე, თერმული სტაბილურობა უკეთესია, ვიდრეGTR, მაგრამ მისი ამჟამინდელი სიმძლავრე არის მცირე, დაბალი ძაბვის, ზოგადად გამოიყენება მხოლოდ არაუმეტეს 10 კვტ სიმძლავრის ელექტრო მოწყობილობების სიმძლავრეზე.

1. Power MOSFET-ის სტრუქტურა და მუშაობის პრინციპი

დენის MOSFET-ის ტიპები: გამტარ არხის მიხედვით შეიძლება დაიყოს P-არხად და N-არხად. კარიბჭის მიხედვით ძაბვის ამპლიტუდა შეიძლება დაიყოს; ამოწურვის ტიპი; როდესაც კარიბჭის ძაბვა ნულოვანია, როდესაც გადინების წყაროს პოლუსი გამტარ არხის არსებობას შორის გაძლიერებულია; N (P) არხის მოწყობილობისთვის, კარიბჭის ძაბვა მეტია (არანაკლებ) ნულზე გამტარი არხის არსებობამდე, MOSFET-ის სიმძლავრე ძირითადად გაძლიერებულია N-არხით.

1.1 სიმძლავრეMOSFETსტრუქტურა　　

Power MOSFET-ის შიდა სტრუქტურა და ელექტრული სიმბოლოები; მისი გამტარობის მხოლოდ ერთი პოლარობის მატარებელი (პოლისი) ჩართულია გამტარში, არის ცალპოლარული ტრანზისტორი. გამტარი მექანიზმი იგივეა, რაც დაბალი სიმძლავრის MOSFET-ს, მაგრამ სტრუქტურას აქვს დიდი განსხვავება, დაბალი სიმძლავრის MOSFET არის ჰორიზონტალური გამტარი მოწყობილობა, სიმძლავრის MOSFET არის ვერტიკალური გამტარი სტრუქტურის უმეტესი ნაწილი, ასევე ცნობილი როგორც VMOSFET (ვერტიკალური MOSFET) , რაც მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს MOSFET მოწყობილობის ძაბვისა და დენის გამძლეობას.

ვერტიკალური გამტარ სტრუქტურის განსხვავებების მიხედვით, მაგრამ ასევე იყოფა V- ფორმის ღარის გამოყენებად VVMOSFET-ის ვერტიკალური გამტარობის მისაღწევად და აქვს ვერტიკალური გამტარი ორმაგი დიფუზური MOSFET სტრუქტურა VDMOSFET (ვერტიკალური ორმაგი დიფუზურიMOSFET), ეს ნაშრომი ძირითადად განხილულია, როგორც VDMOS მოწყობილობების მაგალითი.

დენის MOSFET-ები მრავალჯერადი ინტეგრირებული სტრუქტურისთვის, როგორიცაა International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET ექვსკუთხა ერთეულის გამოყენებით; Siemens (Siemens) SIPMOSFET კვადრატული ერთეულის გამოყენებით; Motorola (Motorola) TMOS მართკუთხა ერთეულის გამოყენებით "Pin" ფორმის მოწყობით.

1.2 Power MOSFET მუშაობის პრინციპი

გათიშვა: გადინების წყაროს პოლუსებს და დადებით ელექტრომომარაგებას შორის, კარიბჭის წყაროს ბოძები ძაბვას შორის არის ნულოვანი. p საბაზისო რეგიონი და N დრიფტის რეგიონი წარმოიქმნება PN შეერთებას J1 საპირისპირო მიკერძოებას შორის, არ მიედინება დრენაჟის წყაროს ბოძებს შორის.

გამტარობა: დადებითი ძაბვის UGS, რომელიც გამოიყენება კარიბჭის წყაროს ტერმინალებს შორის, კარიბჭე იზოლირებულია, ამიტომ კარიბჭის დენი არ მიედინება. თუმცა, კარიბჭის დადებითი ძაბვა აშორებს ხვრელებს P- რეგიონში მის ქვემოთ და მიიზიდავს ოლიგონ-ელექტრონებს P-რეგიონში კარიბჭის ქვემოთ P-რეგიონის ზედაპირზე, როდესაც UGS მეტია. UT (ჩართვის ძაბვა ან ზღვრული ძაბვა), ელექტრონების კონცენტრაცია P-რეგიონის ზედაპირზე კარიბჭის ქვეშ იქნება უფრო მეტი, ვიდრე ხვრელების კონცენტრაცია, ისე, რომ P-ტიპის ნახევარგამტარი ინვერსიულია N-ტიპში და ხდება ინვერსიული ფენა, ხოლო ინვერსიული ფენა ქმნის N-არხს და ხდის PN შეერთებას J1 ქრება, დრენაჟი და წყარო გამტარი.

1.3 დენის MOSFET-ების ძირითადი მახასიათებლები

1.3.1 სტატიკური მახასიათებლები.

კავშირი გადინების დენის ID-სა და ძაბვის UGS-ს შორის კარიბჭის წყაროს შორის ეწოდება MOSFET-ის გადაცემის მახასიათებელს, ID უფრო დიდია, ID-სა და UGS-ს შორის კავშირი არის დაახლოებით წრფივი, ხოლო მრუდის დახრილობა განისაზღვრება, როგორც ტრანსგამტარობა Gfs. .

MOSFET-ის სადრენაჟო ვოლტ-ამპერის მახასიათებლები (გამომავალი მახასიათებლები): ათვლის რეგიონი (შეესაბამება GTR-ის ათვლის ზონას); გაჯერების რეგიონი (შეესაბამება GTR-ის ამპლიფიკაციის რეგიონს); არასატურაციის რეგიონი (შეესაბამება GTR-ის გაჯერების რეგიონს). სიმძლავრის MOSFET მუშაობს გადართვის მდგომარეობაში, ანუ ის გადადის წინ და უკან გათიშვის რეგიონსა და არაგაჯერებულ რეგიონს შორის. დენის MOSFET-ს აქვს პარაზიტული დიოდი დრენაჟის წყაროს ტერმინალებს შორის და მოწყობილობა ატარებს, როდესაც საპირისპირო ძაბვა გამოიყენება გადინების წყაროს ტერმინალებს შორის. სიმძლავრის MOSFET-ის რეზისტენტობას აქვს დადებითი ტემპერატურული კოეფიციენტი, რაც ხელსაყრელია დენის გასათანაბრებლად მოწყობილობების პარალელურად მიერთებისას.

1.3.2 დინამიური დახასიათება;

მისი ტესტის წრე და გადართვის პროცესის ტალღის ფორმები.

ჩართვის პროცესი; ჩართვის დაყოვნების დრო td(on) - დროის პერიოდი წინა მომენტსა და იმ მომენტს შორის, როდესაც uGS = UT და iD იწყებს გამოჩენას; ზრდის დრო tr- დროის პერიოდი, როდესაც uGS იზრდება uT-დან კარიბჭის ძაბვამდე UGSP, რომლის დროსაც MOSFET შედის არაგაჯერებულ რეგიონში; iD-ის მდგრადი მდგომარეობის მნიშვნელობა განისაზღვრება გადინების მიწოდების ძაბვით, UE და დრენაჟით. UGSP-ის სიდიდე დაკავშირებულია iD-ის მდგრადი მდგომარეობის მნიშვნელობასთან. მას შემდეგ, რაც UGS მიაღწევს UGSP-ს, ის აგრძელებს აწევას ზევით, სანამ არ მიაღწევს სტაბილურ მდგომარეობას, მაგრამ iD უცვლელია. ჩართვის დრო ტონა - ჩართვის დაყოვნების და აწევის დროის ჯამი.

გამორთვის დაყოვნების დრო td(off) - დროის პერიოდი, როდესაც iD იწყებს ნულამდე შემცირებას დროიდან ნულამდე ვარდნამდე, Cin იხსნება Rs და RG-ით და uGS ეცემა UGSP-მდე ექსპონენციალური მრუდის მიხედვით.

დაცემის დრო tf- დროის პერიოდი, როდესაც uGS აგრძელებს ვარდნას UGSP-დან და iD მცირდება მანამ, სანამ არხი არ გაქრება uGS < UT-ზე და ID არ დაეცემა ნულამდე. გამორთვის დრო გათიშვა- გამორთვის დაყოვნების დროის ჯამი და დაცემის დრო.

1.3.3 MOSFET გადართვის სიჩქარე.

MOSFET-ის გადართვის სიჩქარესა და Cin-ის დამუხტვასა და განმუხტვას აქვს დიდი ურთიერთობა, მომხმარებელს არ შეუძლია Cin-ის შემცირება, მაგრამ შეუძლია შეამციროს მამოძრავებელი მიკროსქემის შიდა წინააღმდეგობა Rs დროის მუდმივობის შესამცირებლად, გადართვის სიჩქარის დასაჩქარებლად, MOSFET მხოლოდ პოლიტრონიკურ გამტარობას ეყრდნობა. არ არსებობს ოლიგოტრონიული შენახვის ეფექტი და, შესაბამისად, გამორთვის პროცესი ძალიან სწრაფია, გადართვის დრო 10-100 წმ, მუშაობის სიხშირე შეიძლება იყოს 100 kHz ან მეტი, არის ყველაზე მაღალი სიმძლავრის ელექტრო მოწყობილობებიდან.

საველე კონტროლირებად მოწყობილობებს თითქმის არ სჭირდებათ შეყვანის დენი დასვენების დროს. თუმცა, გადართვის პროცესის დროს, შეყვანის კონდენსატორის დამუხტვა და განმუხტვაა საჭირო, რაც მაინც მოითხოვს გარკვეული მამოძრავებელი სიმძლავრის. რაც უფრო მაღალია გადართვის სიხშირე, მით მეტია საჭირო დისკის სიმძლავრე.

1.4 დინამიური მუშაობის გაუმჯობესება

გარდა მოწყობილობის განაცხადის განიხილოს მოწყობილობის ძაბვის, მიმდინარე, სიხშირე, მაგრამ ასევე უნდა დაეუფლონ განაცხადის, თუ როგორ უნდა დაიცვას მოწყობილობა, არ მიიღოს მოწყობილობა გარდამავალი ცვლილებები დაზიანება. რა თქმა უნდა, ტირისტორი არის ორი ბიპოლარული ტრანზისტორის კომბინაცია, დიდი ფართობის გამო დიდი ტევადობით, ამიტომ მისი dv/dt შესაძლებლობები უფრო დაუცველია. di/dt-სთვის მას ასევე აქვს გაფართოებული გამტარობის რეგიონის პრობლემა, ამიტომ ის ასევე აწესებს საკმაოდ სერიოზულ შეზღუდვებს.

დენის MOSFET-ის შემთხვევა სულ სხვაა. მისი dv/dt და di/dt შესაძლებლობები ხშირად ფასდება ნანოწამში შესაძლებლობის მიხედვით (და არა მიკროწამში). მაგრამ ამის მიუხედავად, მას აქვს დინამიური შესრულების შეზღუდვები. ეს შეიძლება გავიგოთ დენის MOSFET-ის ძირითადი სტრუქტურის მიხედვით.

სიმძლავრის MOSFET-ის სტრუქტურა და მისი შესაბამისი ეკვივალენტური წრე. მოწყობილობის თითქმის ყველა ნაწილში ტევადობის გარდა, გასათვალისწინებელია, რომ MOSFET-ს აქვს პარალელურად დაკავშირებული დიოდი. გარკვეული თვალსაზრისით, არსებობს პარაზიტული ტრანზისტორიც. (ისევე როგორც IGBT-ს აქვს პარაზიტული ტირისტორიც). ეს არის მნიშვნელოვანი ფაქტორები MOSFET-ების დინამიური ქცევის შესწავლაში.

უპირველეს ყოვლისა, MOSFET-ის სტრუქტურაზე მიმაგრებულ შიდა დიოდს აქვს ზვავის უნარი. ეს ჩვეულებრივ გამოიხატება ერთჯერადი ზვავის შესაძლებლობით და განმეორებადი ზვავის შესაძლებლობით. როდესაც საპირისპირო di/dt დიდია, დიოდი ექვემდებარება ძალიან სწრაფ პულსს, რომელსაც აქვს პოტენციალი შევიდეს ზვავის რეგიონში და პოტენციურად დააზიანოს მოწყობილობა, როდესაც მისი ზვავის შესაძლებლობების გადაჭარბება მოხდება. როგორც ნებისმიერი PN შეერთების დიოდის შემთხვევაში, მისი დინამიური მახასიათებლების შესწავლა საკმაოდ რთულია. ისინი ძალიან განსხვავდებიან PN კავშირის მარტივი კონცეფციისგან, რომელიც ატარებს წინა მიმართულებით და ბლოკავს საპირისპირო მიმართულებით. როდესაც დენი სწრაფად ეცემა, დიოდი კარგავს თავის უკუ ბლოკირების შესაძლებლობას გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, რომელიც ცნობილია როგორც საპირისპირო აღდგენის დრო. ასევე არის პერიოდი, როდესაც PN შეერთება საჭიროა სწრაფად განხორციელდეს და არ აჩვენებს ძალიან დაბალ წინააღმდეგობას. მას შემდეგ რაც მოხდება დიოდში წინა ინექცია დენის MOSFET-ში, შეყვანილი უმცირესობის მატარებლები ასევე მატებს MOSFET-ის, როგორც მულტიტრონიკული მოწყობილობის სირთულეს.

გარდამავალი პირობები მჭიდროდ არის დაკავშირებული ხაზის პირობებთან და ამ ასპექტს საკმარისი ყურადღება უნდა მიექცეს განაცხადისას. მნიშვნელოვანია მოწყობილობის სიღრმისეული ცოდნა, რათა ხელი შეუწყოს შესაბამისი პრობლემების გააზრებას და ანალიზს.