解读SiC MOSFET关键参数——Rds(on)
当代电子技术的发展不仅需要高效性能，还需要可靠和可持续的解决方案。而SiC MOSFET作为一种新型的功率器件，正在引领着未来能源转型的浪潮。今天，我们要聊的主角是碳化硅MOSFET中的一个关键参数——Rdson，这个参数的优化，就像是在节能减排的长跑中，为我们的电动汽车、可再生能源系统换上了更轻盈的跑鞋。
（一）Rdson等效电阻分布
一般截止区或线性区是MOSFET的正常工作区，线性区的电阻即为MOSFEI的导通电阻。导通电阻是衡量SiCMOSFET性能的重要参数之一，目前研究的重点就是降低导通电阻。功率器件想要获得高的开关效率，器件本身的功率损耗要尽可能的减小。器件的导通电阻越小，在同样的额定电流下，器件的输出功率越高，器件的功率损耗越低。如下图，为器件导通电阻的组成。
图一：Rdson等效电阻示意图
在 SiC VDMOSFET中，导通电阻可以主要分为9个部分：
Rdson=R_CS+ R_(N+)+R_ch 〖+ R〗_A+R_jfet+R_drift+ R_buffer+R_sub+〖 R〗_CD
式中R_CS为源极接触电阻，R_(N+)为N-plus区电阻，R_ch为沟道电阻，〖 R〗_A为积累层电阻，R_jfet为JFET区电阻，R_drift为漂移区电阻，R_buffer为缓冲层电阻，R_sub为衬底电阻，〖 R〗_CD为漏极接触电阻。
R_CS 、 R_CD分别为源极接触电阻和漏极接触电阻，其大小是由接触区域窗口大小和形成欧姆接触的金属和半导体之间的功函数差决定的，对于 SiC MOSFET形成欧姆接触的方法一般是利用材料的重掺杂，或是在界面处形成高载流子浓度。在高压器件中，R_CS 、 R_CD占导通电阻的比例非常小可忽略。
R_N、 R_buffer、R_sub由于掺杂浓度较高，所以电阻较小可以忽略不计。
所以上式简写为：
Rdson=R_ch 〖+R〗_A+R_jfet+R_Drift
（二）等效电阻的计算
1、沟道电阻R_ch
MOSFET在完全开启的状态下，沟道电阻R_ch可以表示为
R_ch=l_CH/(wμ_ni C_OX (V_G-V_TH))
式中μ_ni为反型沟道电子有效迁移率，l_CH为沟道长度，w为沟道在与元胞截面垂直方向上的宽度，C_OX为单位面积栅氧化层电容，V_TH为阈值电压，V_G为栅源电压。
当漏源极电压 V_DS≪(V_GS-V_TH)时，MOSFET工作在线性区，沟道长度的变化很小可忽略，所以沟道电阻的大小与沟道电子有效迁移率和栅极有效驱动电压(V_GS-V_TH)成反比。
在器件温度变化时，当栅极有效驱动电压(V_GS-V_TH)相同时，每个温度下MOSFET的沟道电阻R_ch与其沟道电子有效迁移率是成反比的。
2、积累层电阻〖 R〗_A
积累层电阻〖 R〗_A的大小是由积累区大小、单位面积栅氧化层电容和积累区电子迁移率决定的。因此积累层电阻可表示为
R_A=l_A/(wμ_nA C_OX (V_G-V_TH ) )
此部分电阻可类比沟道电阻，在栅极加驱动时，除了沟道区会有电子受电势影响向正面移动形成沟道，两个P-base中间的N型区中的电子也会向上积聚。
3、JFET区电阻R_jfet
从沟道流出的电流，沿积累层下方的n区向下，形成一个类似JFET结构的导电区域。因为JFET区电阻可以表示为
R_jfet=(ρ_jfet x_jp W_cell)/(w (w_G-2x_jp-2w_0))
式中w_0为零偏压时耗尽层的宽度，x_jp为P区的结深，ρ_jfet为JFET区的电
阻率，w_G为栅极的宽度，W_cell为元胞的宽度。
4、漂移区电阻R_Drift
如图所示计算漂移区电阻时可将漂移区分为两个部分，一是图中漂移区上半部的梯形区域，二是下半部电流扩散到整个漂移区横截面以下的区域。上半部分电阻为R_D1，下半部分电阻为R_D2，可分别表示为
图二：R_Drift示意图
R_D1=ρ_D/2wln(W_cell/A)；R_D2=ρ_D/(wW_cell )(t+A/2-W_cell/2)
（三）比导通电阻Rsp
又称单位面积内的导通电阻，可以更快的衡量一款芯片的设计水平。
定义：Rsp即比导通电阻值，是指器件的导通电阻与芯片有源区面积的乘积。它代表了在单位面积下，器件导通时所呈现的电阻值。
计算方式：通常情况下，比导通电阻可以通过公式 Rsp = Rdson × 有源区面积来计算。
意义：Rsp 的数值越小，表明技术水平越高。也就是说，在相同的导通电阻值下，所需的芯片面积越小，这对于减小器件尺寸和提高集成度非常关键。
应用：如果给定了电流密度（Id），可以使用 Rsp × Id 来计算电压降。这有助于评估在特定电流下器件的性能表现。
今天我们一起探讨了MOSFET中的一个重要参数——导通电阻（Rdson），了解了他的各部分组成及其具体计算方式。正如我们所见，一个低Rdson的MOS管在传导相同电流时产生的热量更少，这对于提高能效和保障电子系统的可靠性至关重要。无论是在开关电源、电机驱动还是其他高电流应用场景中，优化Rdson始终是设计高效、稳定电路的核心目标之一。
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