Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
Power MOSFET es un tipo de MOSFET que está especialmente diseñado para manejar altos niveles de potencia. Estos exhiben una alta velocidad de conmutación y pueden funcionar mucho mejor en comparación con otros MOSFET normales en el caso de niveles bajos de voltaje. Sin embargo, su principio de funcionamiento es similar al de cualquier otro MOSFET general. Los MOSFET de potencia que se utilizan más ampliamente son el modo de mejora de canal n o el modo de mejora de canal p o el modo de agotamiento de canal n por naturaleza.
Además, existe una amplia variedad de estructuras MOSFET de potencia como MOS de difusión vertical (VDMOS) o MOS de difusión doble o DMOS, UMOS o Trench-MOS, VMOS, etc. La figura 1 muestra un VDMOS de n-sustrato hecho de n-sustrato y una capa n-epitaxial en la que se incrustan las regiones p y n + mediante un proceso de doble difusión.
Aquí, el canal se forma en una región de tipo p cuando el voltaje de puerta a fuente se hace positivo. Aquí, lo más importante es que la terminal Source (S) se coloca sobre la terminal Drain (D) formando una estructura vertical. Como resultado, en VDMOS la corriente fluye por debajo del área de la puerta verticalmente entre la fuente y los terminales de drenaje a través de numerosas fuentes n + que conducen en paralelo. Como resultado, la resistencia ofrecida por el dispositivo durante su estado ON R DS (ON) es mucho menor que en el caso de los MOSFET normales que les permiten manejar altas corrientes. Se considera que esta resistencia del dispositivo se duplica a medida que la corriente aumenta en aproximadamente un 6% (Figura 2a). Por otro lado, R DS (ON) está muy influenciado por la temperatura de unión TJ (Figura 2b) y se considera de naturaleza positiva.
De manera similar, incluso podemos tener un MOSFET de potencia de sustrato p siempre que reemplacemos los materiales de tipo n con el tipo p y luego invirtamos las polaridades de los voltajes aplicados. Sin embargo, exhiben un R DS (ON) mucho más alto en comparación con los dispositivos de n-sustrato, ya que emplean huecos como portadores de carga mayoritarios en lugar de electrones. No obstante, se prefiere utilizarlos como convertidores reductores.
Aunque las estructuras de los MOSFET normales y los MOSFET de potencia parecen ser diferentes, el principio básico detrás de su funcionamiento permanece inalterado. Es decir, en ambos la formación del canal de conducción es la misma, que no es más que la polarización adecuada aplicada en el terminal de la puerta que da como resultado una capa de inversión.
Como resultado, la naturaleza de las características de transferencia (Figura 3a) y las características de salida (Figura 3b) exhibidas por cualquiera de ellos son casi idénticas entre sí.
Además, debe tenerse en cuenta que en el caso de los MOSFET de potencia que se basan en la estructura vertical, el dopaje y el grosor de la capa epitaxial deciden la clasificación de voltaje mientras que el ancho del canal decide su clasificación de corriente. Esta es la razón por la cual pueden soportar un alto voltaje de bloqueo y una alta corriente, lo que los hace adecuados para aplicaciones de conmutación de baja potencia. Sin embargo, incluso existen MOSFET basados en estructura lateral que se comportan mejor en comparación con los diseños basados en estructura vertical, especialmente en la región operativa saturada, lo que permite su uso en amplificadores de audio de alta gama. Otra ventaja del poder MOSFETEs el hecho de que se pueden conectar en paralelo a medida que aumenta su caída de voltaje directo con un aumento en la temperatura, lo que a su vez asegura una distribución de corriente igual entre todos sus componentes. Los MOSFET de potencia se utilizan ampliamente como parte de fuentes de alimentación, convertidores CC-CC y controladores de motores de bajo voltaje.
