Abstract
Power MOSFET 根據其結構,可視為 JFET 串聯傳統 MOSFET, JFET 負責承受高電壓,而 MOSFET 負責電流增益。 Power MOSFET 可以承受高電壓的原因是 MOSFET 尚未進入崩潰區時, JFET 就已經進入夾止區,再增加的電壓都落在 JFET 使得崩潰電壓遠大於傳統 MOSFET 的崩潰電壓。實驗中發現 power MOSFET 有兩種操作模式: 在閘極電壓小時, powerMOSFET 可視為傳統 MOSFET 串聯 JFET的等效電阻,為 MOSFET-like 的操作模式。當閘極電壓逐漸增加, 至 MOSFET 區域可提供的最大電流大於JFET 的最大電流時, power MOSFET 可視為 JFET 串聯 MOSFET的等效電阻,為 JFET-like 的操作模式。論文中, 我們提出解析分析的電壓-電流模型 (Analytic I-V Model),並使用 S-PISCES 和 SPICE 來模擬power MOSFET 的 電壓 -電流曲線,結果發現模擬的電壓-電流曲線,很接近所量測的電壓-電流曲線。 Power MOSFET 可視為 JFET 串聯 MOSFET, JFET 負責承受高電壓,其缺點是導通電阻增加,而 MOSFET 負責電流增益,所以在設計 power MOSFET 時,必須依據所需規格的要求,在承受高電壓和增加導通電阻之間取捨,以符合要求。 Power MOSFET 的設計觀念是使元件有較高的承受電壓,和較低的導通電阻。要達到此效果,必須控制JFET 的濃度和尺寸,使得汲極電壓增加到 JFET 的汲極發生夾止,此時,MOSFET 的汲極所分配到的電壓,使 MOSFET 是落在飽和區, 而非線性區或崩潰區。因為 MOSFET 落在線性區時, power MOSFET 能承受的電壓雖高,但導通電阻相當大, 且可提供的最大電流很小, 若 MOSFET 落在崩潰區, 則 power MOSFET 的崩潰電壓變得相當小。所以設計 power MOSFET時, MOSFET 所分配到的汲極電壓一定要落在飽和區, 再依據所需要的崩潰電壓, 和可容忍的導通電阻來調整 JEFT 的電阻, 以達到我們對元件特性的要求。Power - MOSFET can be regarded as a JFET (the N - well region)in series with an active MOSFET (the PVT region), due to itsstructure. The N-well region sustains the applied voltage andthe active MOSFET determines the device gain . The reason whythe Power -MOSFET can sustain high voltage is that the JFET ispinched off before the active MOSFET breakdown . It wasexperimentally found that the Power-MOSFET has two operationmodes . At low gate voltage, it can be regarded as a MOSFET inseries with an equivalent resistance ; at high gatevoltage, it can be regarded as a JFET in series with anequivalent MOSFET resistance . In this thesis, we propose ananalytic I-V model based on device physics, and use S-PISCES and SPICE to simulate the I - V curve of Power -MOSFET . The simulated I - V curves are very close to themeasured I - V curves.