以诚为本赢在诚信9001-Welcome

现今大功率MOSFET已成为大功率组件(POWER DEVICE)的主流，在市场上居于主导地位。以计算机为首的电子装置对轻薄短小化以及高机能化的要求带动POWER MOSFET的发展，此一趋势方兴未艾，技术之进步永无止境。在庞大计算机市场支撑之下，IC 开发技术人员在「大功率组件采用单晶IC(MONOLITHIC)技术」方面促成了MOS系大功率组件的突破。尤其是低耐压大功率 MOSFET，随者其母体“MOS IC”之集积度的提高而性能大增（双极晶体管﹝BIPOLAR TRANSISTOR﹞无法达到）。大功率MOSFET的动作原理十分容易了解，适合于驱动电路及保护电路等制成IC。

大功率组件（POWER DEVICE）不可避免地会发热，在此情况下，POWER MOSFET的MOS（METAL OXIDE SEMICONDUCTOR）系闸极（GATE）四周围绕的绝缘膜（材质通常为SiO2）的质量决定其特性及可靠度。在组件技术及应用技术确立之时期，开发完成“AVALANCHE FET”并付诸生产，此种组件即使是在崩溃（AVALANCHE）之情况下也不会发生破坏。之后，大功率 MOSFET（POWER MOSFET）剩下的未解决课题是高耐压化，1998年在市场崭露头角的“COOL MOS”将业界水平一举提高至相当高的层次。AVALANCHE FET 及COOL MOS可以说是确定MOS系大功率组件之评价的两大支柱。838电子

在当初，IGBT（INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR）期待只将NCH POWER MOSFET 的基片（SUBSTRATE）的极性从n型变更成p型就能够实现高耐压、大电流组件，但是，IGBT 在本质上为双及组件（BIPOLAR DEVICE），对于单及组件（UNIPOLAR DEVICE）POWER MOSFET 世代的技术人员而言较为难以了解。近年来，双极晶体管（BIPOLAR TRANSISTOR）的基础知识以及以往所累积的宝贵经验重新受到重视，这是有趣的现象（本来，电子之技术革新有全盘推翻以往所有技术的趋势）。

进入1990年代后，POWER MOSFET及IGBT等MOS系组件取双极系组件（SCR〔闸流体〕、BJT〔双极接合型晶体管〕）之地位而代之，如今已成为大功率组件（POWER DEVICE）之主流，其主要原因是，MOS系集成电路如今已成为IC 的主流了。随着手提型计算器及计算机等之迅速普及，为了节省消耗功率而延长电池之使用时间，性能稍差但省电的MOS IC顿时成为时代之宠儿。同时，导入先进之IC微细加工技术之后使得大功率组件之性能大幅提高。

POWER MOSFET之特征

第一个进入市场的MOS系大功率组件是POWER MOSFET，当初之高耐压MOSFET的功率损失（POWER LOSS）大，而且，驱动方法与以往不同，因而为电路设计老手所排斥。不过，其高频特性十分优秀，不易破坏在低电源电压下动作时之功率损失（POWER LOSS）远低于以往之组件，因此，发挥其优点的应用技术逐渐普及，以缓慢而稳定的速度扩展市场。尤其是随着使用电池电源之携带型电子机器的迅速发展，POWER MOSFET扮演着十分重要的角色。838电子

POWER MOSFET的弱点是高耐压化后之功率损失激增。使用市电AC电源之电子装置所使用的POWER MOSFET的耐压必须高达500~1000V左右，在此高压领域内，在动作原理上，其功率损失较双极（BIPOLAR）系大功率组件为大。如果将组件之芯片尺寸（CHIP SIZE）加大时能够降低功率损失，但是会增加成本（在比较组件之电气性能及价格时以相同大小之芯片的条件作比较）。

 IGBT的特征

和POWER MOSFET的比较，IGBT（INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR）在耐压600V以上之领域的功率损失相当低。IGBT的输出部分属于双极组件，具有以往之双极晶体管（BJT：BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR）的优点与缺点，虽然可以藉IC之设计技术提高BJT之性能，但是，无法根本解决BJT的电荷存储时件（STORAGE TIME）问题（BJT在OFF时需耗费较长时间），因此，在需要作高速开关动作（HIGH SPEED SWITCHING）之领域较不适合使用IGBT，但是，在使用AC市电驱动之场合（例如驱动马达等之场合），在高电压大功率之应用领域内使用IGBT的效率远较POWER MOSFET为高。

分立型半导体组件（DISCRETE SEMICONDUCTOR）将来生存之必需条件是必须能够以和制作IC相同的设备来制造（IC之生产量为大功率组件的10倍以上），而POWER MOSFET以及IGBT均具备此条件。

 MOS系大功率组件之分类

大功率组件（POWER DEVICE）可依以下数点加以分类：1动作原理、2使用目的、3组件材料之种类、4截面形状、5组件基片材料（SUBSTRATE MATERIAL）之极性以及外加电极性、6容许消耗功率及外壳封装。

此外对于POWER MOSFET加以细分追加以下数项分类：7表面形状、8偏压（BIAS）之方法、9闸极（GATE）构造、10组件内部之电流流动方式。

依动作原理而分类

传输电流之媒体有两种，一种是以一种载子（CARRIER）传输电流的媒体，称为单极组件（UNIPOLAR ELEMENT）；另外一种是以二种载子传输电流的媒体，称为双极组件（BIPOLAR ELEMENT）。前者之具体实例为FET（FIELD EFFECT TRANSISTOR），后者则有BJT（BI JUNCTION TRANSISTOR）及SCR（SILICON CONTROLLED RECTIFIER）等。如图所示为这些大功率组件的构造简图。这些组件均有3个端子，在组件内部有2~3个PN接合存在。FET和BJT内部的PN接合十分相似（不过，FET为纵向接合，BJT则为横向接合），不过，两者之动作原理完全不同，FET自始就只有一个通道（CHANNEL）存在，换句话说，泄极（DRANIN）和源极（SOURCE）间处于导通状态。反之BJT之场合，在射极（EMITTER）和集极（COLLECTOR）之间至少有一个逆方向PN接合二极管存在，此逆向二极管将电流予以阻绝。SCR由二个BJT构成，SCR顾名思意为整流器，电流仅从阳极往阴极方向作单向流通。如果利用SCR来直接控制正负变化之交流时，所能控制之范围为0~50％。将两个SCR作反向并联连接以扩大控制范围，这就是“TRIAC”电流能够双方向流通（如图示）。

POWER MOSFET与IGBT之关系

IGBT（INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR）乃是MOSFET与BJT的复合组件。MOSFET与SCR之复合组件称为MCT（MOS CONTROLLED THYRISTOR），如表所示为各种大功率组件的动作速度与电流密度的比较。和单极组件POWER MOSFET比较，双极组件IGBT及MCT能够藉传导度调变提高电流密度。但是，提高电流密度之后难以令其OFF（TURN OFF），于是，电流密度较IGBT为高的MCT的OFF速度更慢。不过，双极组件的ON速度和MOSFET并无太大差异。

接合型FET与MOS型FET因闸极构造之不同，FET可分为接合型与MOS型两大类。接合型FET的闸极藉PN接合与源极、泄极分离。在PN接合界面之处经常形成一种称为“空乏层”（DEPLETION LAYER）的绝缘领域，空乏层之厚度随着施加于接合上之电压的极性及大小儿增减变化。MOS型FET之场合，闸极与源极及泄极之间隔着SiO2等之绝缘膜儿完全分离。在稳定状态下，流过闸极绝缘膜之电流小，只有1nA左右。

 使用时之注意事项838电子

MOS系组件在使用时必须注意避免遭受静电破坏（双极系组件较无此项顾虑）。

（a） 包装与搬运

☆ 采取妥善之包装方式以免搬运MOSFET之时在闸极—源极间产生静电。如果是塑料封装（PLASTIC PACKAGE）之MOSFET的场合，只要将其装入导电性袋子内即可。如果是金属封装之场合，必须使用导电性托盘（TRAY），并注意引线端子不要接触到非导电部。

☆ 不使用时不要打开MOSFET之包装。

☆ 作业人员之人体及衣服必须接地以泄放所带之静电。

☆ 拿取MOSFET时抓外殻封装本体，不可接触其引线端子。

☆ 作试验或组装时所用之装置一定要接地。

（b）作业环境

在原理上，能够对整个作业环境实施静电防止措施，不过，针对各个作业台分别实施静电对策较为合理，此时，必须遵守的一般原则如下：

☆ 令桌面带有中度之导电性，并予以接地。

☆ 令地板亦同样地带有中度之导电性，并予以接地。

☆ 人体亦须接地。

（c）相对湿度

湿度越高越容易泄放静电（静电之漏电越大），因此，作业环境之相对湿度必须保持在50％以上。当相对湿度过70％时，几乎完全不会产生静电。

（d）作业人员之指导

特别是整个作业环境未实施静电防止对于策之场合，对于作业人员之注意事项也各有不同，必须定期地彻底指导各作业人员。主要项目如下：

☆ 作业服装之穿戴。

☆ 接地睕带之佩带。

☆ 在打开包装取零件时必须先将人体予以接地放电。

☆ 仅可在已经经由电阻接地之场所作业。

☆ 区别可能带电的物品（黏贴带、橡皮盖、塑料膜）。

☆ 区别已实施静电防止之场所及未实施之场所。

（e）测试电路内之保护对策

☆ 测试装置一定要接地。

☆ 在将受测组件架上测试装置之前必须先将试验电压归零。

☆ 使用特性曲线瞄绘仪（CURVE TRACER）时，为了防止寄生振荡，在受测MOSFET之闸极上串联100Ω以上之电阻。

☆ 在测试MOSFET时，所有之端子均必须配线（不可任其开路）。

☆ 在改变测试条件时，必须先将外加电压及电流归零。

※参考Power（大功率）MOSFET/IGBT应用设计技术