随着电子技术在工业、交通、消费、医疗等领域的蓬勃发展,当代社会对电力电子设备的要求也越来越高,功率半导体就是影响这些电力电子设备成本和效率的直接因素之一。自从二十世纪五十年代真空管被固态器件代替以来,以硅(Si)材料为主的功率半导体器件就一直扮演着重要的角色,功率MOSFET是其中最典型的代表。

 

MOSFET结构讲解

MOSFET的中文全称是金属-氧化物半导体场效应晶体管。它的基本机构如下图(图1)所示:P型半导体作为衬底,其两端各有一个重掺杂N+,分别作为源极(SOURCE,S)和漏极(DRAIN, D),在P型半导体表面涂上一层sio2绝缘层并在绝缘层上引出一端,作为栅极(GATE, G)。

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图1. MOSFET原理示意图

  当栅源两端电压为零时,不论漏源之间的电压是正偏还是反偏,半导体中始终有反向偏置的PN结致使器件无法导通。当栅源两端加上一个正向电压且VGS上升到阈值时,P区形成一个反型层,为栅极和漏极之间创造了通路,此时MOS管导通。

  为了增加MOS的耐压能力,常在P区和漏极的N+之间增加一段漂移区,承受器件在反向耐压状态下的高电压。漂移区的掺杂浓度也决定了器件的大部分电阻,此即为LDMOS的基本结构。

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图2. LDMOS结构示意图

除了横向结构以外,还存在一种纵向结构模式,称为VDMOSVDMOS结构中,漏端和源端、栅端不在同一平面(图3)。但与LDMOS相同的是,VDMOS的耐压和导通电阻同样主要由漂移区决定。所以提高漂移区掺杂浓度自然成为降低功率MOS导通电阻的方法之一

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图3. VDMOS结示意图

 

Super Junction MOSFET

在这样的背景下,为了得到大功率低损耗的功率器件,有学者提出,可以通过设置交替的PN条来提高器件漂移区的掺杂浓度进而实现低导通电阻,此即SUPER JUNCTION MOSFET(SJ MOS)。

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图4. SJ MOS结示意图

功率半导体发展到当今,国内外功率MOS产品不胜枚举,但我们可以根据FOM值来评价产品的优劣,一般来讲,FOM值越小功率器件性能越好。

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尚阳通较低FOM值的产品能让客户在较低导通损耗的同时拥有较快的开关速度,目前英飞凌的产品仍是国际TOP水平,CFD7系列产品FOM值都在较优曲线上。尚阳通的技术工艺与英飞凌接近,FBB系列产品均可与英飞凌对应技术代产品对标,与其他厂商相比尚阳通的产品也极具竞争力,能满足客户在多种应用场景的需求。目前尚阳通超级结MOSFET覆盖了主要的电压等级,公司可以提供从17mohm-2.4ohm电阻范围的产品。根据不同的功率等级,尚阳通超结MOS有多种封装形式,比如TO-247封装,尚阳通推出了600V,17mohm极具竞争力的高压MOS,同时公司也在DFN8*8、TOLL等表贴封装布局,开发出了SRC60R075BD88等量产产品,能满足不同客户的应用需求。

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原文始发于微信公众号(尚阳通科技):技术分享小课堂 | 超级结MOSFET介绍

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作者 gan, lanjie