一种减少VDMOS寄生电容的新结构

0 引 言

VDMOS与双极晶体管相比，它的开关速度快，开关损耗小，输入电阻高，驱动电流小，频率特性好，跨导高度线性等优点。特别值得指出的是，它具有负温度系数，没有双极功率管的二次击穿问题，安全工作区大。因此，不论是开关应用还是线性应用，VDMOS都是理想的功率器件。VDMOS的开关速度是在高频应用时的一个重要的参数，因此提出一种减小寄生电容的新型VDMOS结构。

1 基本原理

功率VDMOS的开关特性是由其本征电容和寄生电容来决定的。VDMOS的电容主要由三个部分栅源电容Cgs栅漏电容Cgd以及源漏电容Cds组成，如图1所示。电容的充放电是限制其开关速度的主要因素。栅源之间的电容是由三个部分组成，即：

Cgs=Cgs(N+)+Cgs(P)+Cgs(M)

Cgs(N+)是栅源交叠电容；Cgs(M)是栅与源金属间的电容；Cgs(P)是栅与P-base之间的电容。这三个电容的大小都是由VDMOS本身设计上的参数决定的，最主要取决于介质层的厚度。

栅漏之间的电容Cgd是两个电容的串联：

当栅压未达到阈值电压时，漂移区与P-base形成的耗尽层结合在一起，形成面积很大的耗尽层电容，栅下漂移区空间电荷耗尽区电容Cgd(dep)只是其中一部分，此时耗尽层宽度最大，耗尽电容最小。当栅压达到阈值电压后，器件开启时，漏区电势降低，耗尽层宽度减小，Cgd(dep)迅速增大。

漏源之间的电容Cds是一个PN结电容，它的大小是由器件在源漏之间所加的电压VDS所决定的。

一般VDMOS都包含了Cgs,Cgd和Cds，但是功率VDMOS都不是采用这三个电容作参考，而是采用Ciss，Coss和Crss作为评估VDMOS器件的电容性能，Ciss，Coss和Crss参数分别定义为：输入电容：Ciss=Cgs+Cgd输出电容：Coss=Cds+Cgd；反馈电容：Crss=Cgd。实际中采用Ciss，Coss和Crss作为衡量VDMOS器件频率特性的参数，它们并不是定值，而是随着其外部施加给器件本身的电压变化的。

VDMOS的开启延迟时间td(on)、上升时间tr、关断延迟时间td(off)、下降时间tf的关系式可分别表达为：

式中：Rg为开关测试电路中器件外接栅电阻；Vth为阈值电压；Vgs是外加栅源电压；vgs是使器件漏源电压下降到外加值10％时的栅源电压；Ciss*是器件的输入电容；在td(on)和td(off)式中：Ciss*=Cgs+Cgd；在tr和tf式中：Ciss*=Cgs+(1+k)Cgd(考虑密勒效应)。由上述关系式可见，Cgd直接影响器件的输入电容和开关时间，Cgd通过密勒效应使输入电容增大，从而使器件上升时间tr和下降tf时间变大，因此减小栅漏电容Cgd尤为重要。

作者：郭丽莎 夏 洋   来源：现代电子技术