本文的目標(biāo)是找出具有更低功耗的新型器件結(jié)構(gòu),以滿足以手提電腦中CPU電源電路對功率管的功率損耗提出的日益苛刻的要求。隨著CPU性能的迅速提高,對CPU電源用功率管的自身損耗提出了更高的要求。目前廣泛使用的MOSFET功率管由于自身結(jié)構(gòu)的限制,發(fā)展?jié)摿σ呀?jīng)不大,國際上開始研究將常斷型JFET和常通型JFET用于該用途。本研究在常規(guī)溝槽柵JFET結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出了創(chuàng)造性的改進(jìn),即把溝槽柵下的臨近電極處的部分Si層替換為絕緣的且電容率僅為硅1/3的SiO2層,以此來減小柵溝PN結(jié)的面積和介質(zhì)的電容率來有效的減小柵-漏電容CGD,從而減小開關(guān)損耗。為了檢驗(yàn)創(chuàng)新結(jié)構(gòu)的效果,本文對本研究提出的新結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)有國際上先進(jìn)的常斷,常通JFET結(jié)構(gòu),和溝槽柵MOSFET結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真研究與對比。利用ISE仿真軟件,研究了五種結(jié)構(gòu)器件的靜態(tài)特性和開關(guān)特性。最后,計(jì)算出開關(guān)器件的功耗,進(jìn)行了對比分析。結(jié)果證明,在這些器件的典型工作電流ID=15A時(shí),常通JFET尤其是埋氧常通JFET相比MOSFET已經(jīng)有了明顯的功耗優(yōu)勢,并且隨著開關(guān)頻率越高,漏極電流越低,JFET的功耗優(yōu)勢越明顯。并且,常通型JFET優(yōu)于常閉型JFET,新型埋氧JFET優(yōu)于常規(guī)無埋氧結(jié)構(gòu)JFET。在ID=4A,f=2MHZ時(shí),常規(guī)常斷JFET比MOSFET降低功耗31.1%,新型埋氧常斷JFET降低功耗34.6%,常規(guī)常通JFET降低功耗34.2%,新型埋氧常通JFET降低功耗47.6%。
【學(xué)位單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：TP303.3
【部分圖文】：

電必然要求具有低壓輸出的供電電源，對于電源設(shè)計(jì)者的低壓電源面臨著很多挑戰(zhàn)。這種挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在用。比如現(xiàn)在正在研究中的1 伏甚至0.5 伏的電源，需要大的電流[12]，而同時(shí)功率損耗不能太大，這種要求對圖 1-1 CPU 電壓降和電流增長的示例[10b]

來越便宜[13]，于是MOSFET受到世人青睞。其早期的基本結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。由圖可知其通態(tài)電阻RDS(ON)[14]主要受溝道電阻RCH、JFET電阻RJ和漂移層電阻RD[15]的影響。漂移層電阻RD是由外延層電阻率決定的，因此MOSFET的RDS(ON)與器件耐壓有一個(gè)大概2.4到2.6次方的關(guān)系[9]。即器件的耐壓提高時(shí)，其RDS(ON)必然有一個(gè)十分迅速的上升。早期的研究集中于功率MOSFET的通態(tài)功耗較高的問題，主要解決的辦法就是減小通態(tài)電阻RDS(ON)。在保證擊穿電壓VB的前提下，為了獲得較大的導(dǎo)通電流，因而出現(xiàn)了多種降低RDS(ON)的新型MOSFET，包括COOLMOSFET，RESURFLDMOSFET，F(xiàn)LIMOSFET等[16]。目前

[20]，也就是雙極模式的結(jié)型場效應(yīng)晶體管，其基本結(jié)構(gòu)見圖1-4。近年來國際上對此方面也曾多有研究，按照初步的理論分析，在VGS加正偏使N溝JFET處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，柵pn結(jié)正向注入少子使溝道中高度電導(dǎo)調(diào)制，而且溝道中電流通道上沒有pn結(jié)（pn 結(jié)導(dǎo)通時(shí)有附加結(jié)電壓），JFET的通態(tài)壓降看起來應(yīng)低于MOSFET和BJT。但開關(guān)過程中涉及少數(shù)載流子的積累和抽取，開關(guān)特性與MOSFET相比似乎應(yīng)是弱點(diǎn)，難以判定。幾年前美國Lovoltech公司（現(xiàn)已改名為QSpeed公司）聲稱其生產(chǎn)出基于JFET技術(shù)代替MOSFET的功率開關(guān)器件產(chǎn)品，高頻工作時(shí)總功耗略低于MOSFET產(chǎn)品[21],但在300kHz以上電流20A工作時(shí)兩者的溫升都超過100℃
【引證文獻(xiàn)】

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1 趙杰;基于CMOS升壓電路控制器設(shè)計(jì)[D];黑龍江大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2870593