从平面到超结：功率MOSFET的结构进化史
引言
在现代电力电子领域，功率MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）无疑是一颗璀璨的明星。从最初的诞生到如今的广泛应用，它经历了无数次的变革与创新。今天，我们一同走进功率MOSFET的世界，探寻其变迁史以及器件结构变化的具体原因。
1、早期发展（VVMOSFET)
1
结构：
将沟道由横向改变为纵向，漏极移至硅片的底部，电流流向垂直上下，每个槽对应有两条沟道。
2
优势:
减少了沟道的长度，降低了导通电阻；管芯占用的硅片面积缩小，硅片表面利用效率提高，器件处理功率得到提升。
3
不足：
稳定性较差，沟槽顶部存在局部区域高电场；V槽工艺不易控制，可靠性下降。
图1：VVMOSFET
2、平面VDMOS的出现
1
结构：
在N+衬底上生长N-高阻外延层，通过两次扩散工艺精确控制了沟道长度和掺杂分布，在外延层上水平方向形成导电沟道。
2
优势:
具有高输入阻抗和低驱动功率，驱动电流小，可控制大电流输出，开关速度快，具有电流负温度系数，安全工作区域更宽。
3
不足：
导通电阻仍然较高，导通电阻与耐压之间存在矛盾，减小N漂移区的厚度和电阻率会使器件耐压降低。
图2：平面MOSFET与沟槽MOSFET
3、沟槽MOSFET的创新
1
结构：
在N -外延层上扩散形成p基区，通过等离子体刻蚀技术形成沟槽，沟槽深度须超过p基区深度，在沟槽壁上生长一薄氧化层，再用多晶硅填充沟槽，利用多晶硅作为阻挡形成N+源区，多晶硅引出作为栅极。
2
优势:
采用沟槽刻蚀技术，使导电沟道从横向变为纵向，消除了 JFET 区电阻，大大增加了元胞密度，提高了功率半导体的电流处理能力。
3
不足：
沟槽刻蚀工艺要求较高，对工艺控制的精度要求严格，否则可能影响器件的性能和可靠性。
4、超结MOSFET的突破
随着电力电子设备对功率密度要求的不断提高，超级结技术成为了功率MOSFET发展的又一个重要里程碑。超结结构通过在N型漂移区中引入周期性的P型柱状结构，形成电荷平衡机制。这种结构有效地减小了漂移区的电阻,同时保持了较高的击穿电压，使得功率MOSFET的性能得到了前所未有的提升。超结功率MOSFET在高压应用领域展现出了巨大的优势，能够实现更高的功率密度和更低的功率损耗。
图3：SJ MOSFT
1
提高性能的需求：
随着电力电子技术的发展，对功率MOSFET的性能要求越来越高，包括更低的导通电阻、更高的开关速度、更高的击穿电压等。为了满足这些性能要求，工程师们不断对器件结构进行优化和创新，从VVMOS到VDMOS，再到沟槽MOSFET和超结MOSFET，每一次结构的变化都带来了性能的显著提升。
2
降低成本的压力：
在保证性能的前提下，降低成本也是功率MOSFET发展的重要驱动力。通过改进器件结构，可以在相同芯片面积下实现更高的性能，或者在相同性能下减小芯片面积，从而降低制造成本。
3
应用领域的拓展：
不同的应用领域对功率MOSFET的性能要求各不相同。随着功率MOSFET应用领域的不断拓展，如新能源汽车、可再生能源发电、智能电网等，为了满足这些新兴应用的特殊需求，器件结构也需要不断创新和改进。
总结
功率 MOSFET的进化史是一部不断创新和突破的历史。从最初的简单结构到如今的复杂而高效的设计，每一次器件结构的变化都推动了电力电子技术的进步。随着科技的不断发展，功率MOSFET将继续在性能和应用领域取得更大的突破，为我们的生活带来更多的便利和创新。
关于我们
about us
萃锦半导体 是由数十位来自国内外知名半导体大厂，且在设计、工艺、应用、制造和营销方面拥有20多年经验的专家共同创立的，专业从事功率器件的研发、生产、销售和应用服务。公司联合韩国、日本和本土技术团队及芯片代工资源，产品主要包括 600V 至 2200V 范围的碳化硅 SiC MOSFET、硅基超结 Si SJ mos等分立器件，主要应用于新能源快速充电桩、光伏、储能、风电、工业驱动、新能源乘用车等场景和领域。
公司拥有成熟量产的SiC、IGBT和MOSFET超薄晶圆背面特色工艺，性能和参数对标国际产品在芯片制造价值链上。SiC MOSFET 晶圆减薄可达到100微米，达到国际领先技术水平。
公司在上海设立管理总部，在西安建有“电力电子应用中心”，在深圳、南京、宁波建有销售中心，制造基地位于长三角工业制造中心城市宁波慈溪高新区，42，000平米功率芯片制造厂房正在筹建中。
原文始发于微信公众号（萃锦半导体）：从平面到超结：功率MOSFET的结构进化史
Chinese 
English