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現今大功率MOSFET已成為大功率組件(POWER DEVICE)的主流，在市場上居于主導地位。以計算機為首的電子裝置對輕薄短小化以及高機能化的要求帶動POWER MOSFET的發展，此一趨勢方興未艾，技術之進步永無止境。在龐大計算機市場支撐之下，IC 開發技術人員在「大功率組件采用單晶IC(MONOLITHIC)技術」方面促成了MOS系大功率組件的突破。尤其是低耐壓大功率 MOSFET，隨者其母體“MOS IC”之集積度的提高而性能大增（雙極晶體管﹝BIPOLAR TRANSISTOR﹞無法達到）。大功率MOSFET的動作原理十分容易了解，適合于驅動電路及保護電路等制成IC。

大功率組件（POWER DEVICE）不可避免地會發熱，在此情況下，POWER MOSFET的MOS（METAL OXIDE SEMICONDUCTOR）系閘極（GATE）四周圍繞的絕緣膜（材質通常為SiO2）的質量決定其特性及可靠度。在組件技術及應用技術確立之時期，開發完成“AVALANCHE FET”并付諸生產，此種組件即使是在崩潰（AVALANCHE）之情況下也不會發生破壞。之后，大功率 MOSFET（POWER MOSFET）剩下的未解決課題是高耐壓化，1998年在市場嶄露頭角的“COOL MOS”將業界水平一舉提高至相當高的層次。AVALANCHE FET 及COOL MOS可以說是確定MOS系大功率組件之評價的兩大支柱。838電子

在當初，IGBT（INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR）期待只將NCH POWER MOSFET 的基片（SUBSTRATE）的極性從n型變更成p型就能夠實現高耐壓、大電流組件，但是，IGBT 在本質上為雙及組件（BIPOLAR DEVICE），對于單及組件（UNIPOLAR DEVICE）POWER MOSFET 世代的技術人員而言較為難以了解。近年來，雙極晶體管（BIPOLAR TRANSISTOR）的基礎知識以及以往所累積的寶貴經驗重新受到重視，這是有趣的現象（本來，電子之技術革新有全盤推翻以往所有技術的趨勢）。

進入1990年代后，POWER MOSFET及IGBT等MOS系組件取雙極系組件（SCR〔閘流體〕、BJT〔雙極接合型晶體管〕）之地位而代之，如今已成為大功率組件（POWER DEVICE）之主流，其主要原因是，MOS系集成電路如今已成為IC 的主流了。隨著手提型計算器及計算機等之迅速普及，為了節省消耗功率而延長電池之使用時間，性能稍差但省電的MOS IC頓時成為時代之寵兒。同時，導入先進之IC微細加工技術之后使得大功率組件之性能大幅提高。

POWER MOSFET之特征

第一個進入市場的MOS系大功率組件是POWER MOSFET，當初之高耐壓MOSFET的功率損失（POWER LOSS）很大，而且，驅動方法與以往不同，因而為電路設計老手所排斥。不過，其高頻特性十分優秀，不易破壞在低電源電壓下動作時之功率損失（POWER LOSS）遠低于以往之組件，因此，發揮其優點的應用技術逐漸普及，以緩慢而穩定的速度擴展市場。尤其是隨著使用電池電源之攜帶型電子機器的迅速發展，POWER MOSFET扮演著十分重要的角色。838電子

POWER MOSFET的弱點是高耐壓化后之功率損失激增。使用市電AC電源之電子裝置所使用的POWER MOSFET的耐壓必須高達500~1000V左右，在此高壓領域內，在動作原理上，其功率損失較雙極（BIPOLAR）系大功率組件為大。如果將組件之芯片尺寸（CHIP SIZE）加大時能夠降低功率損失，但是會增加成本（在比較組件之電氣性能及價格時以相同大小之芯片的條件作比較）。

 IGBT的特征

和POWER MOSFET的比較，IGBT（INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR）在耐壓600V以上之領域的功率損失相當低。IGBT的輸出部分屬于雙極組件，具有以往之雙極晶體管（BJT：BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR）的優點與缺點，雖然可以藉IC之設計技術提高BJT之性能，但是，無法根本解決BJT的電荷存儲時件（STORAGE TIME）問題（BJT在OFF時需耗費較長時間），因此，在需要作高速開關動作（HIGH SPEED SWITCHING）之領域較不適合使用IGBT，但是，在使用AC市電驅動之場合（例如驅動馬達等之場合），在高電壓大功率之應用領域內使用IGBT的效率遠較POWER MOSFET為高。

分立型半導體組件（DISCRETE SEMICONDUCTOR）將來生存之必需條件是必須能夠以和制作IC相同的設備來制造（IC之生產量為大功率組件的10倍以上），而POWER MOSFET以及IGBT均具備此條件。

 MOS系大功率組件之分類

大功率組件（POWER DEVICE）可依以下數點加以分類：1動作原理、2使用目的、3組件材料之種類、4截面形狀、5組件基片材料（SUBSTRATE MATERIAL）之極性以及外加電極性、6容許消耗功率及外殼封裝。

此外對于POWER MOSFET加以細分追加以下數項分類：7表面形狀、8偏壓（BIAS）之方法、9閘極（GATE）構造、10組件內部之電流流動方式。

依動作原理而分類

傳輸電流之媒體有兩種，一種是以一種載子（CARRIER）傳輸電流的媒體，稱為單極組件（UNIPOLAR ELEMENT）；另外一種是以二種載子傳輸電流的媒體，稱為雙極組件（BIPOLAR ELEMENT）。前者之具體實例為FET（FIELD EFFECT TRANSISTOR），后者則有BJT（BI JUNCTION TRANSISTOR）及SCR（SILICON CONTROLLED RECTIFIER）等。如圖所示為這些大功率組件的構造簡圖。這些組件均有3個端子，在組件內部有2~3個PN接合存在。FET和BJT內部的PN接合十分相似（不過，FET為縱向接合，BJT則為橫向接合），不過，兩者之動作原理完全不同，FET自始就只有一個通道（CHANNEL）存在，換句話說，泄極（DRANIN）和源極（SOURCE）間處于導通狀態。反之BJT之場合，在射極（EMITTER）和集極（COLLECTOR）之間至少有一個逆方向PN接合二極管存在，此逆向二極管將電流予以阻絕。SCR由二個BJT構成，SCR顧名思意為整流器，電流僅從陽極往陰極方向作單向流通。如果利用SCR來直接控制正負變化之交流時，所能控制之范圍為0~50％。將兩個SCR作反向并聯連接以擴大控制范圍，這就是“TRIAC”電流能夠雙方向流通（如圖示）。

POWER MOSFET與IGBT之關系

IGBT（INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR）乃是MOSFET與BJT的復合組件。MOSFET與SCR之復合組件稱為MCT（MOS CONTROLLED THYRISTOR），如表所示為各種大功率組件的動作速度與電流密度的比較。和單極組件POWER MOSFET比較，雙極組件IGBT及MCT能夠藉傳導度調變提高電流密度。但是，提高電流密度之后難以令其OFF（TURN OFF），于是，電流密度較IGBT為高的MCT的OFF速度更慢。不過，雙極組件的ON速度和MOSFET并無太大差異。

接合型FET與MOS型FET因閘極構造之不同，FET可分為接合型與MOS型兩大類。接合型FET的閘極藉PN接合與源極、泄極分離。在PN接合界面之處經常形成一種稱為“空乏層”（DEPLETION LAYER）的絕緣領域，空乏層之厚度隨著施加于接合上之電壓的極性及大小兒增減變化。MOS型FET之場合，閘極與源極及泄極之間隔著SiO2等之絕緣膜兒完全分離。在穩定狀態下，流過閘極絕緣膜之電流很小，只有1nA左右。

 使用時之注意事項838電子

MOS系組件在使用時必須注意避免遭受靜電破壞（雙極系組件較無此項顧慮）。

（a） 包裝與搬運

☆ 采取妥善之包裝方式以免搬運MOSFET之時在閘極—源極間產生靜電。如果是塑料封裝（PLASTIC PACKAGE）之MOSFET的場合，只要將其裝入導電性袋子內即可。如果是金屬封裝之場合，必須使用導電性托盤（TRAY），并注意引線端子不要接觸到非導電部。

☆ 不使用時不要打開MOSFET之包裝。

☆ 作業人員之人體及衣服必須接地以泄放所帶之靜電。

☆ 拿取MOSFET時抓外殻封裝本體，不可接觸其引線端子。

☆ 作試驗或組裝時所用之裝置一定要接地。

（b）作業環境

在原理上，能夠對整個作業環境實施靜電防止措施，不過，針對各個作業臺分別實施靜電對策較為合理，此時，必須遵守的一般原則如下：

☆ 令桌面帶有中度之導電性，并予以接地。

☆ 令地板亦同樣地帶有中度之導電性，并予以接地。

☆ 人體亦須接地。

（c）相對濕度

濕度越高越容易泄放靜電（靜電之漏電越大），因此，作業環境之相對濕度必須保持在50％以上。當相對濕度超過70％時，幾乎完全不會產生靜電。

（d）作業人員之指導

特別是整個作業環境未實施靜電防止對于策之場合，對于作業人員之注意事項也各有不同，必須定期地徹底指導各作業人員。主要項目如下：

☆ 作業服裝之穿戴。

☆ 接地睕帶之佩帶。

☆ 在打開包裝取零件時必須先將人體予以接地放電。

☆ 僅可在已經經由電阻接地之場所作業。

☆ 區別可能帶電的物品（黏貼帶、橡皮蓋、塑料膜）。

☆ 區別已實施靜電防止之場所及未實施之場所。

（e）測試電路內之保護對策

☆ 測試裝置一定要接地。

☆ 在將受測組件架上測試裝置之前必須先將試驗電壓歸零。

☆ 使用特性曲線瞄繪儀（CURVE TRACER）時，為了防止寄生振蕩，在受測MOSFET之閘極上串聯100Ω以上之電阻。

☆ 在測試MOSFET時，所有之端子均必須配線（不可任其開路）。

☆ 在改變測試條件時，必須先將外加電壓及電流歸零。

※參考Power（大功率）MOSFET/IGBT應用設計技術