DMOS-транзисторы: структура, возможности и отличия от CMOS

Что такое DMOS-транзистор?

DMOS (Double-Diffused Metal-Oxide Semiconductor) — полевой транзистор с двойной диффузией: сначала p-тип подложка, затем высоколегированный n+ источник. Название от последовательности диффузий. Относится к RF мощным N-канальным MOSFET. Использует технологию BCD (Bipolar-CMOS-DMOS) для умных ИС. Структура идеальна для аудиоусилителей. Дрифт-область и p-область — ключевые участки диффузии.

Ключевые параметры: длина канала, пробойное напряжение, входное сопротивление. Разные скорости латеральной диффузии легирующих примесей определяют длину канала и питание нагрузки. Примеси внедряются через отверстие в полисилицие. Короткий канал без литографических шагов. Разнообразные топологии под разные напряжения/мощности.

Применение: бытовая техника (кондиционеры, вендорамы, водонагреватели), промышленное и офисное оборудование, аттракционы.

Структура DMOS (Double-Diffused MOS)

Физическая структура: SiO₂, Si-подложка, термооксид, поликристаллический Si, полупроводник. Ток меняет номиналы цепи. Дырки (положительные заряды) дорируются из области ворот/полупроводника.

Пояснение работы

Длина канала контролируется p-n переходом под воротным оксидом (n+ и p-диффузия). Латеральный размер ~0,5 мкм. При повышении напряжения на воротах электроны движутся p → n. Металл-оксид управляет инверсионным слоем p-подложки (вкл/выкл по напряжению на воротах). Ворота между источником (p) и стоком (n). Носители уходят через n-область.

n-область слаболегированная → расширение зоны истощения сток-источник → высокое пробойное напряжение. Первые DMOS были большими (латеральная структура, индуктивность стока) → разрабатывают вертикальные DMOS (VDMOS).

Возможности DMOS-транзисторов

• Высокая плотность тока + высокое пробойное напряжение (благодаря слабому легированию дрифт-региона).
• Схожесть с биполярным транзистором: высокий базовый ток, частоты, пробой.
• Быстрая коммутация на высоких частотах без потерь мощности.
• Широкополосные сигналы: низкая емкость и активное сопротивление, малый заряд зарыва.
• Дополнительная имплантация в p-слой → контроль пробития, стабильное пороговое напряжение (слабое легирование дрифт-региона). Насыщение скорости, сток = дрифт-регион.
• Использование полных матриц транзисторов для качественного соединения.
• Энергоэффективность vs низковольтные транзисторы.
• Работа как верхний (high-side) и нижний (low-side) ключ.

Отличия CMOS и DMOS

CMOS (Complementary MOS): низкое статическое потребление, малая тепловыделение, высокое канальное сопротивление. Для памяти, сенсоров, цифровых схем. Управление выходным напряжением через проводимость.

DMOS: мощный ток, дреновый ток управляет дреновым напряжением. Быстрый высокочастотный ключ. Структура: оксиды, кремний, двойная диффузия (ворота, тело, источник, сток). Накапливает заряд без детектируемого тока.

Резюме

DMOS — двойная диффузия (p и n области). Критичен для схемотехники, энергоэффективен. DMOS и CMOS — революционные технологии. За вопросами — обращайтесь!