发布时间 : 星期一 文章新型功率场效应晶体管.更新完毕开始阅读eb5f335002d8ce2f0066f5335a8102d277a26179
将阻断时的表面PN结转化为掩埋PN结在相同的N－掺杂浓度时，阻断电压还可进一步提高。
3 内建横向电场MOSFET的主要特性 3.1 导通电阻的降低
Infineon的内建横向电场的MOSFET，耐压600V和800V与常规MOSFET器件相比，相同的管芯面积，导通电阻分别下降到常规MOSFET的1/5和1/10；相同的额定电流，导通电阻分别下降到1/2和约1/3。在额定结温、额定电流条件下，导通压降分别从12.6V，19.1V下降到6.07V和7.5V；导通损耗下降到常规MOSFET的1/2和1/3。由于导通损耗的降低，发热减少，器件相对较凉，故称COOLMOS。
3.2 封装的减小和热阻的降低
相同额定电流的COOLMOS的管芯较常规MOSFET减小到1/3和1/4，使封装减小两个管壳规格，如表2所示。
表2 封装与额定电流电压
型号 STO 223 SPAKIPAK D2PAKTO 220 TO 247 COOLMOS 600V4.5A0.95Ω 600V7.3A0.6Ω 600V20A0.19Ω 600V47A0.07Ω 800V6A0.9Ω 800V17A0.29Ω 常规MOSFET 600V2A4.4Ω 600V10A0.75Ω 600V17A0.4Ω
800V4.1A3Ω 800V9.1A0.8Ω
由于COOLMOS管芯厚度仅为常规MOSFET的1/3，使TO-220封装RthJC从常规1℃/W降到0.6℃/W，管芯散热能力的提高，使得额定功率从125W上升到208W。
3.3 开关特性的改善
COOLMOS的栅极电荷与开关参数均优于常规MOSFET，如表3所示。 表3 COOLMOS与常规MOSFET的栅极电荷与开关参数
型号 Qg/nC Qgs/nC Qgd/nC Ciss/pF Coss/pF Crss/pF Tf/ns COOLMOSSPB07N60C2 35 7.5 16.5 1036 370 10 10 常规600V 6 2A 60 8.3 30 1400 160 7.0 20 常规低电荷600V，6 2A 42
10
20
1300
160
30
18
很明显，由于Qg，特别是Qgd的减少，使COOLMOS的开关时间约为常规MOSFET的1/2；开关损耗降低约50％。关断时间的下降也与COOLMOS内部低栅极电阻（<1Ω）有关。
3.4 抗雪崩击穿能力与SCSOA
目前，新型的MOSFET无一例外地具有抗雪崩击穿能力。COOLMOS同样具有抗雪崩能力。在相同额定电流下，COOLMOS的IAS与ID25相同。但由于管芯面积的减小，IAS小于常规MOSFET，而具有相同管芯面积时，IAS和EAS则均大于常规MOSFET。
COOLMOS的最大特点之一就是它具有短路安全工作区（SCSOA），而常规MOS不具备这个特性。COOLMOS获得SCSOA的主要原因是其转移特性的变化。COOLMOS的转移特性，如图2所示。从图2可以看到，当VGS>12V时，COOLMOS的漏极电流不再增加，呈恒流状态。特别是在结温升高时，恒流值下降，VGS也下降。在最高结温时，约为ID25的2倍，即正常工作电流的3～3.5倍。在短路状态下，漏极电流不会因栅极的15V驱动电压而上升到不可容忍的十几倍的ID25，使COOLMOS在短路时所耗散的功率限制在350V×2ID25《350V×10ID25，尽可能地减少了短路时管芯的发热；管芯热阻降低，可使管芯产生的热量迅速地散发到管壳，抑制了管芯温度的上升速度。因此，COOLMOS可在正常栅极电压驱动时，在0.6VDSS电源电压下承受10μs短路冲击，时间间隔大于1s，连续1000次不损坏，从而COOLMOS可以像IGBT一样，在短路时得到有效的保护。
图2 COOLMOS转移特性
4 关于内建横向电场高压MOSFET发展现状
继1988年Infineon推出COOLMOS后，2000年初ST推出500V类似于COOLMOS的内部结构，使500V、12A的MOSFET可封装在TO 220管壳内，其导通电阻为0 35Ω，低于IRFP450的0 4Ω，额定电流与IRFP450相近。IXYS也有使用COOLMOS技术的MOSFET。IR也推出了Supper220、Supper247封装的超级MOSFET，额定电流分别为35A及59A，导通电阻分别为0.082Ω、0.045Ω，150℃时导通压降约4 7V，综合指标均优于常规MOSFET。因此，可以认为以上的MOSFET一定存在类似于横向电场的特殊结构。
可以看到，设法降低高压MOSFET的导通压降已经成为现实，并且必交推动高压MOSFET的应用。
5 COOLMOS与IGBT的比较