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SiC MOSFET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：
式中RCS为源极接触电阻，RN+为N-plus区电阻，Rch为沟道电阻，RA为积累层电阻，Rjfet为JFET区电阻，Rdrift为漂移区电阻，
Rbuffer为缓冲层电阻，Rsub为衬底电阻，RCD为漏极接触电阻。
RCS、RCD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，RCS、RCD占导通电阻的比例非常小可忽略。
RN、Rbuffer、Rsub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：
（二）等效电阻的计算
1、沟道电阻Rch
MOSFET在完全开启的状态下，沟道电阻Rch可以表示为
式中为反型沟道电子有效迁移率，lch为沟道长度，W为沟道在与元胞截面垂直方向上的宽度，COX为单位面积栅氧化层电容，VTH为阈值电压，VG为栅源电压。
当漏源极电压时，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(VGS-VTS)成反比。
在器件温度变化时，当栅极有效驱动电压(VGS-VTS)相同时，每个温度下MOSFET的沟道电阻Rch与其沟道电子有效迁移率是成反比的。
2、积累层电阻RA
积累层电阻RA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
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Rjfet
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
式中w0为零偏压时耗尽层的宽度，xjp为P区的结深，ρjfet为JFET区的电阻率，wG为栅极的宽度，Wcell为元胞的宽度。
4、漂移区电阻RDrift
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RD1，下半部分电阻为RD2，可分别表示为
图二：RDrift示意图
（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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