源知
认证:优质创作者
所在专题目录 查看专题
IGBT双脉冲及其驱动介绍-前言
半导体器件的发展简述
常用功率半导体器件的材料特性
半导体材料特性参数对器件特性的影响
功率半导体器件概述
被动半导体器件和主动半导体器件(一)
作者动态 更多
普通光耦和高速光耦
2星期前
变压器磁芯大小选择的AP法举例
2023-12-10 10:37
光耦合器件
2023-09-03 08:58
电气隔离和隔离器概述
2023-08-06 10:51
非隔离型电平移位型驱动
2023-07-01 13:00

半导体材料特性参数对器件特性的影响

如下列表,在此列举了一些与我们常用功率半导体器件特性紧密相关的几个材料参数,表中简单说明了它们对应半导体器件的参数及对器件产生的影响。

<半导体材料性质和对应器件特性表>

而第三代半导体材料突出的特点是:材料方面为四大,即宽(大)禁带、大(高)漂移速度、大击穿场强以及良(大)导热率;而与之对应器件特性表现为四高,即高温、高频、高压以及高功率(密度);对应用来说是低功耗、小体积。

附:物理量认识

迁移率:描述的是固体物理学中用于描述金属或半导体内部电子,在电场作用下移动快慢程度的物理量。

对于半导体,存在电子和空穴两种载流子,因此还有空穴迁移率这个物理量,所以常用载流子迁移率来指代半导体内部电子和空穴整体的运动快慢。

一方面,迁移率和载流子浓度共同决定半导体材料的电导率的大小。迁移率越大,电阻率越小。通常半导体中电子的迁移率高于空穴的迁移率,因此,功率型场效应晶体管(包括增强型和耗尽型MOSFET)通常总是采用电子作为载流子的N沟道结构,而不采用空穴作为载流子的P沟道结构。

关于增强型MOSFET和耗尽型MOSFET在原理结构上有细微的差别,增强型沟道线为虚线,耗尽型则为虚线,设计中要注意这个差别,避免混淆,而关于工作原理的区别,请自行查阅,实际中增强型MOSFET为主流使用器件。

<增强型和耗尽型MOSFET原理示意图>

另一方面,迁移率也影响器件的工作频率。如双极型晶体管(BJT或三极管)频率响应特性最主要的限制是少数载流子渡越基区的时间,迁移率越大,需要的渡越时间越短,晶体管的截止频率与基区材料的载流子迁移率成正比,因此提高载流子迁移率,可以降低器件功耗,提高器件的电流承载能力,同时也提高了晶体管的开关转换速度。

当然,我们从<半导体材料性质和对应器件特性表>中可知影响我们开关速度的一些因素。

如下是NPN三极管结构示意原理图,实际中集电极还有承受耐压的低掺杂N型漂移区,发射结和集电结中的结,专指P-N结,大家可以通过分析载流子流通路径及作用原理来分析它的开关过程。

<NPN三极管结构>

这里引出一个问题

在实际使用器件中,为什么同等规格(特指电压和封装)的硅材料MOSFET远比碳化硅材料MOSFET的内阻大得多?碳化硅的电子迁移率不是比硅的低吗?这是什么原因导致的?

我们需要从两方面考虑,虽然硅(Si)材料的电子迁移率大于碳化硅(SiC)材料,但是碳化硅的临界电场强度却远大于硅材料(从前面常用半导体材料特性参数表可知,碳化硅比硅的临界电场强度约为10倍),所以芯片可以做的更薄,理论上可以做到原来的1/10,而如下MOSFET结构示意图中,而低掺杂的飘移层主要决定沟道电阻,因此综合因素却是碳化硅的MOSFET具有更低的导通内阻(Rdson),即内阻是材料各特性综合的结果。

<硅基和碳化硅基VDMOSFET结构示意图>

因此材料特性综合决定了器件各方面的特性,材料的每一次进步,都会促进器件的极大发展!

声明:本内容为作者独立观点,不代表电子星球立场。未经允许不得转载。授权事宜与稿件投诉,请联系:editor@netbroad.com
觉得内容不错的朋友,别忘了一键三连哦!
赞 4
收藏 7
关注 251
成为作者 赚取收益
全部留言
0/200
成为第一个和作者交流的人吧