分别说说VMOSFET的VVMOS和VDMOS两种结构

MOS器件虽然漏极电流可以达到数安培，漏源电压可以达到100V以上，但是由于漏源电阻大、频率特性差、硅片面积利用率低等缺点，使得MOSFET在功率上有很大的限制。随着VMOS技术移植到MOS功率器件后，VMOSFET的耐压可达到1000V以上，电流处理能力可达到几百安培。这得益于VMOSFET短沟道、高电阻漏极漂移区和垂直导电电路等特点。VMOSFET具有VVMOS和VDMOS两种结构，下面分别来说说。

VVMOS结构介绍

VVMOS结构示意图

如上图所示，这种结构是在N+衬底和N-漂移层上，先后进行P型区N+型区两次扩散，然后利用晶体硅的各向异性刻蚀技术，造出V型槽。槽的开口深度由开口宽度决定，槽壁和硅平面成54.7°。漏极从管子背面引出。这种结构改变了MOSFET的电流方向，不再是延表面水平方向流动，而是从N+区域出发，经过与表面成54.7°的N沟道流到N-漂移区，然后垂直的流动到漏极。

VDMOS结构介绍

VDMOS管结构示意图

VDMOS主要应用在大功率场景，其结构如上图所示，VDMOS的意思是垂直导电双扩散结构，和VVMOS不同，它不利用V型导电槽构成导电沟道，而是利用两次扩散形成的P型区和N+型区，在硅片表面的结深度之差形成导电沟道。电流在沟道内沿表面流动，然后垂直的被漏极接收。下面来详细分析一下。

VDMOS管的衬底是一个N+衬底，其上外延生长一个高阻N-型层，最终形成一个N-漂移层，该层的电阻率和外延厚度决定了器件的耐压水平。在N-外延上经过P型和N型两次扩散，形成了N+_N-_P_N+的结构，这样两次扩散深度差形成的P体区就形成了一个MOS栅结构。栅极零偏压时，阻隔图中电流Id通过。当栅极正偏压超过开启电压Vt时，沟道由P型区变成N+型，整个器件处于导通状态。由于依靠N沟道来导电，所以成为N沟道VDMOS管。反之，就是P沟道VDMOS管。由于电子的迁移率比空穴高三倍左右，N沟道的工艺比较常用，相反P沟道器件的成本价格就会比较高。

VMOSFET的优点总结

说了那么多VMOSFET的结构原理，下面来说说我们使用VMOSFET到底有什么优点。

高输入阻抗、低驱动电流
开关速度快、高频特性好
负电流温度系数、热稳定性好，不会导致温度越高，载流子运动越快，从而导致温度继续升高的恶性循环。如下图所示。

VMOS负温度系数示意图

安全工作区域大，得益于VMOSFET的负温度系数，其不存在局部热点和电流集中等问题，只要设计合理，可以避免二次击穿。如下图。

VMOS的安全工作区示意图

高线性化跨导Gm：由于VMOS器件的沟道比传统MOS管更短，当Vgs上升到一定值后，Gm就保持不变，出现沟道饱和效应，如下图所示。

VMOS高线性跨导示意图

几乎线性的转移特性，放大信号时失真极小，如下图所示。

VMOS转移特性比较示意图

审核编辑：刘清