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超結MOSFET是什（shí）麽？怎（zěn）麽合理的應用?

超結MOS是英文Super Junction的直譯（yì），英飛淩注冊商標為Cool MOS，所以國內的廠家（jiā）都命名為超結MOS，它是在普通平麵MOS基礎上使用新（xīn）型超結結構設計的MOS管。這種技術通過在垂（chuí）直溝槽結構中（zhōng）外延N-層建立深（shēn）入的p型（xíng）區，形成更大的PN結，在器件返偏時（shí），能形成很厚的PN耗盡層，以達到高的隔離電壓。超結MOS管主要在500V、600V、650V及800V以上高電壓場合使用。

超結MOS的工藝包括：

多層外延工藝（Multi-EPI）和深溝槽工藝（Deep-Trench）。這兩種工藝都旨（zhǐ）在（zài）實現（xiàn）超結（jié）MOSFET的優異性能，但各有其特點和優勢。

1. 多層外延（yán）工（gōng）藝（Multi-EPI）

概述：
多層（céng）外延工藝（yì）是開發較早且較為成（chéng）熟的工藝。它基（jī）於平麵矽生長技術，通過多次摻雜、熱推進和生長多層（céng）摻雜不（bú）同的外延層，形成多個PN結，從（cóng）而（ér）實現超結MOS的結構。

多層外延工藝主要集中在歐美品牌以及韓國品牌，比（bǐ）如SEMIHOW，英飛淩等。

優點：

  • 高電壓承（chéng）受能力：相比傳統（tǒng）的Super Junction技術，Multi-EPI的SJ技術能夠實現（xiàn）更高的電壓承受能（néng）力。

  • 低導通電阻（zǔ）：多層外延（yán）工藝通過（guò）優化摻雜濃度和（hé）結構設計，能夠顯（xiǎn）著降低導通電阻。

  • 優良的可靠性：由於整個外延過程是基於平整界麵生（shēng）長，外延（yán）位錯缺陷會比（bǐ）較少（shǎo），因此在漏電、高溫可（kě）靠性、長期可靠性等方麵具有很好的優勢。

  • 生產成本降低：雖然工藝（yì）複雜，但相比其他（tā）技術（shù），它（tā）能在一（yī）定程度上降低生（shēng）產成本。

缺點：

  • 製備（bèi）工藝複雜：多層外延工藝需要多次摻雜和生長步驟，增加了（le）工藝難（nán）度和成本。

  • 光刻控製困難：多次光刻和掩膜步驟（zhòu）可能導致精度控（kòng）製上的挑戰。

2. 深溝（gōu）槽工藝（yì）（Deep-Trench）

概述：
深（shēn）溝槽工藝（yì）是一種相對簡單的實現超結技術的方法。它首先通過外延設備（bèi）生長一層外延層，然後通過深槽刻蝕設備刻（kè）出深寬比很高（gāo）的溝槽，再通過外延（yán）方式將溝槽填充起來，形成P柱結構。

深溝（gōu）槽工藝主要集（jí）中在中國大陸品牌，以華虹晶圓為主的產品，目前也有少量多層外延工藝（yì）的產品在研發並推出市場。

優點：

  • 工藝簡單：由於隻需要一次（cì）掩刻（kè）和填充，工藝步驟相對較（jiào）少，成本較低。

  • 提高可靠性：減少晶（jīng）體缺陷，從而提高（gāo）產品的可靠性和穩定性。

  • 動態特性良好：在某些（xiē）應用中，其動態特性可能優於（yú）多層外延工藝。

缺點：

  • 形貌控製難：矽在深槽過程中，側邊與底部蝕刻形貌很難控製到很平滑，可能影（yǐng）響器件性能。

  • 空洞問題：晶體外延填充過程（chéng）中容易導致溝槽底部形成不（bú）規則的空洞，影響長期高溫工（gōng）作時的可靠性。

  • 動態特性相對差：由於界麵接近突（tū）變（biàn）結，動態特性可能不如多層外延工藝。

超結MOS的主要作用包括：

  1. 降低導通電阻：相較於傳（chuán）統VDMOS，相同電（diàn）流、電（diàn）壓規格的超結MOSFET的導通電阻僅為（wéi）傳統VDMOS的一半左（zuǒ）右。這得益於（yú）其特殊（shū）的芯片內部結構設計，使得在相（xiàng）同的芯片麵積下，超結（jié）MOS的內阻更低。

  2. 提高開關速度：超結MOSFET的開通和關斷速度較傳統VDMOS快30%以上，這有助於降低動態損耗，提高電源係統的效率。

  3. 減小芯片體積：由於超結MOS的內阻低，可以在保證性能的同時減小芯片麵（miàn）積（jī），從而有（yǒu）利於設計更小體積的電源電路，降低產品成本。

  4. 降低發（fā）熱：較低的導通電（diàn）阻和（hé）開關速度意味（wèi）著更低的（de）損耗，進而減少了發（fā）熱量，這對於對溫度要求高的產品（pǐn）如（rú）充（chōng）電頭等尤為重要。

  5. 提升效率（lǜ）：使用超結MOSFET後，電源效率可以上升1～2個百分點，這對於提高（gāo）整體能源利用效率具有重（chóng）要意義。

  6. 易於集成封裝：超結MOSFET可以與驅（qū）動IC一起（qǐ）進行集成封裝，進一步降低產品體積和成本。

  7. 適用領域廣泛：超結MOSFET以（yǐ）其優異的性能被廣泛應用於電源、電機控製、照明等領域（yù），特別適合於中（zhōng）低功率水平（píng）下的（de）高速運行需求。

總結

超結MOS作為一種創新（xīn）的半導體器件技術，通過其獨特的超結結構設計，在降低導通電（diàn）阻、提高開關速度、減小芯片體積、降低發熱（rè）和提升效率等方麵展現出顯著優（yōu）勢。這些特點（diǎn）使得超結MOS在高壓、高頻、高效率的電力電子應用中具有廣闊的前景。


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