
兩種MOSFET斷面結構比較

相對于常規(guī) VDMOS器件結構, RDS(on)與BVSS存在矛盾關系,要想提高BVSS,一般都是從減小EPI摻雜濃度著手,但是外延層又是正向電流流通的通道,EPI 摻雜濃度減小了,電阻必然變大,RDS(on)增大。否則就需要增大芯片面積,增大封裝外形,增加大量成產成本。所以對于普通 VDMOS,兩者之間的矛盾不可調和。

采用超結(Super Junction,簡稱SJ)工藝的高壓功率MOSFET,是通過設置一個深入EPI層的P柱區(qū),通過提高電流傳導區(qū)的摻雜濃度,顯著降低單位面積導通電阻,但同時又不使耐壓受到影響,從而使其成為具有高耐壓和低電阻特性的一種新型器件。特殊的超結結構讓高壓超結MOSFET的內阻在同樣面積情況下降低到傳統(tǒng)平面MOSFET的1/5,開關損耗因此減為普通的VDMOSFET的1/2。
與傳統(tǒng)的功率 MOSFET相比,SJ-MOSFET具有傳導損耗低、電流驅動能力大、柵極電荷低、開啟電壓低、開關速度快、出色的非鉗位感性開關(Unclamped Inductive Switching, UIS)能力、百分之百的雪崩能量擊穿測試等優(yōu)點。
SJ-MOSFET工藝比較

如上圖所示,目前主要有三種方法制作溝槽:
一、通過多次掩刻,反復注入摻雜,外延生長得到P柱區(qū),稱為多層外延(Multi-EPI)。此方法注入比較均勻,工藝品質相對容易控制,但生產工序多,生產周期長,成本相對較高。
二、直接挖出深溝槽(Deep-Trench)。通過在N型外延上開深溝槽,然后再利用外延工藝在溝槽內生長出P型單晶硅形成在N型外延上的P型區(qū)域,然后通過回刻工藝將槽內生長的P型外延單晶刻蝕到與溝槽表面平齊,以形成縱向P型區(qū)域。成本相對較低,但不容易保證溝槽內性能的一致性。
三、傾斜角度注入(STM技術)。除了多次注入法,能保證在EPI中注入這么深,并且保證不同位置的濃度差異不大的方法還有STM技術(Super trench MOSFET)。采用傾斜角度注入,實現(xiàn) Super junction的結構。

1.內阻低,通態(tài)損耗降低
由于SJ-MOSFET的RDS(on)遠遠低于VDMOS,在產品應用過程中表現(xiàn)為SJ-MOSFET的通態(tài)損耗較之VDMOS大幅減少,減少發(fā)熱,從而提高了產品的能效比,SJ-MOSFET的這個優(yōu)點在大功率、大電流類的電源產品上,優(yōu)勢表現(xiàn)的尤為突出。
2.封裝體積小,有利于功率密度的提高
首先,同等電流、電壓規(guī)格和同等功率條件下,SJ-MOSFET的晶圓面積要遠小于VDMOS工藝的晶圓面積,從而便于封裝成更小尺寸的產品,有利于電源系統(tǒng)功率密度的提高,設計更小體積的電源電路。
其次,由于SJ-MOSFET的導通損耗的降低從而降低了電源類產品的損耗,減少了工作狀態(tài)下導通過程中的熱聚集,從而有利于縮減散熱器的體積,甚至取消散熱器,有效減小了線路板面積和產品外殼尺寸,有效的提高了產品的功率密度,降低成本。
3.柵電荷小,降低了對電路的驅動能力的要求
傳統(tǒng)VDMOS 的柵電荷相對較大,我們在實際應用中會遇到由于IC的驅動能力不足造成的溫升問題,而在電路設計中為了增加IC的驅動能力,確保MOSFET的快速導通,我們不得不增加推挽或其它類型的驅動電路,從而增加了電路的復雜性。SJ-MOSFET 的柵電容相對比較小,這樣就可以降低其對驅動能力的要求,提高了系統(tǒng)產品的可靠性。
4.結電容小,開關速度加快,開關損耗小
由于SJ-MOSFET結構的改變,其輸出的結電容也有較大的降低,從而降低了其導通損耗。同時由于SJ-MOSFET柵電容也有了相應的減小,電容充放電時間變短,提高了SJ-MOSFET的開關速度與頻率,也有利于減小變壓器和電感尺寸。對于頻率固定的電源而言,可以有效的降低其開關損耗,提高整個電源系統(tǒng)的效率。應用在頻率相對較高的電源上,收效更為明顯。
以上優(yōu)勢給客戶帶來整體BOM成本降低,電源效率提升。尤其是便攜式產品,滿足客戶對小型化、輕薄化、低溫升、高性價比、高效率、節(jié)能環(huán)保等方面的要求。

中能微電子的SJ-MOSFET采用可靠性更高的多層外延技術路線,依靠自有專利技術結合市場的需求不斷優(yōu)化升級,研發(fā)出電流范圍2A~47A,電壓范圍600V~800V的系列產品,服務于終端客戶市場。中能微SJ-MOS有以下幾個方便的特點:
◆ 超結工藝低溫升
較低的開關損耗和導通損耗,更好控制溫升問題,有效降低電源整體的工作溫度,可以適應更復雜的工況環(huán)境,延長電源的使用壽命。
◆ 低內阻 高效率
比較高的輕載、滿載效率,超低的導通內阻和Qg,有效降低導通、開關損耗,更方便設計出更高效率的產品。
◆ 生產工藝優(yōu)化 高穩(wěn)定性
優(yōu)化后更強的EAS能力,能對電源抗沖擊能力提供有效保障。利用多層外延技術形成的超結耐壓層的晶格質量較好,缺陷與界面態(tài)少,芯片內部缺陷少于其他工藝同類產品,高溫穩(wěn)定性得到較大程度的提高。
◆ 易用性和適配性好
中能微SJ-MOS系列產品在使用過程中簡單、易用,驅動電流需求很小,對新一代高速開關電源提供有力的支持。
◆ 型號齊全
中能微SJ-MOS擁有比較全的型號,電壓等級覆蓋500V,600V,650V,700V,800V;電流等級覆蓋2A,5A,7A,10A,11A,15A,20A,30A,47A等全系列產品。后續(xù)還在開發(fā)更多規(guī)格的產品以及高度客制化的參數(shù)型號系列產品。
◆ 應用范圍廣
產品從消費級、工業(yè)類再到汽車級市場都有廣泛的應用,例如 LED照明、開關電源、適配器、各種中小功率充電器,大功率充電樁,光伏逆變器、車載照明系統(tǒng)、UPS、逆變器、快充、通信電源,工業(yè)電源等。
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