VDMOS與COOLMOS的區(qū)別分析及應(yīng)用-KIA MOS管

COOLMOS（超結(jié)MOS）

超結(jié)金氧半場(chǎng)效晶體管（Super Junction Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor，SJ MOSFET）

SJ MOSFET的技術(shù)主要有兩種，其一為由英飛凌（Infineon）開發(fā)的多磊晶技術(shù)，藉由摻雜（doping）磊晶在磊晶層上形成島狀的摻雜區(qū)域，使該區(qū)域擴(kuò)散形成一個(gè)氮摻雜（N-doped）平面。

另一種技術(shù)則采用深反應(yīng)離子蝕刻挖出溝槽狀結(jié)構(gòu)，再將氮摻雜材料填補(bǔ)于溝槽，制造出超接面的結(jié)構(gòu)，開發(fā)此科技的業(yè)者主要為東芝（Toshiba），快捷半導(dǎo)體（Fairchild Semiconductor）及艾斯摩斯科技（IceMOS Technology）。

VDMOS與VDMOS的結(jié)構(gòu)差異

為了克服傳統(tǒng)MOS導(dǎo)通電阻與擊穿電壓之間的矛盾，一些人在VDMOS基礎(chǔ)上提出了一種新型的理想器件結(jié)構(gòu)，既我們所說的超結(jié)MOS，超結(jié)MOS的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其由一些列的P型和N型半導(dǎo)體薄層交替排列組成。

在截止態(tài)時(shí)，由于P型和N型層中的耗盡區(qū)電場(chǎng)產(chǎn)生相互補(bǔ)償效應(yīng)，使P型和N型層的摻雜濃度可以做的很高而不會(huì)引起器件擊穿電壓的下降。

導(dǎo)通時(shí)，這種高濃度的摻雜可以使其導(dǎo)通電阻顯著下降，大約有兩個(gè)數(shù)量級(jí)。因?yàn)檫@種特殊的結(jié)構(gòu)，使得超結(jié)MOS的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的VDMOS。

如下表中芯派電子的超結(jié)MOS與平面MOS部分參數(shù)比對(duì)可知，超結(jié)MOS器件參數(shù)優(yōu)于平面MOS。

VDMOS COOLMOS

對(duì)于常規(guī)VDMOS器件結(jié)構(gòu)， Rdson與BV這一對(duì)矛盾關(guān)系，要想提高BV，都是從減小EPI參雜濃度著手，但是外延層又是正向電流流通的通道，EPI參雜濃度減小了，電阻必然變大，Rdson就大了。

Rdson直接決定著MOSFET單體的損耗大小。所以對(duì)于普通VDMOS，兩者矛盾不可調(diào)和，這就是常規(guī)VDMOS的局限性。但是對(duì)于超結(jié)MOS，這個(gè)矛盾就不那么明顯了。

通過設(shè)置一個(gè)深入EPI的的P區(qū)，大大提高了BV，同時(shí)對(duì)Rdson上不產(chǎn)生影響。

對(duì)于常規(guī)VDMOS，反向耐壓，主要靠的是N型EPI與body區(qū)界面的PN結(jié)，對(duì)于一個(gè)PN結(jié)，耐壓時(shí)主要靠的是耗盡區(qū)承受，耗盡區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)大小、耗盡區(qū)擴(kuò)展的寬度的面積。

常規(guī)VDSMO，P body濃度要大于N EPI，大家也應(yīng)該清楚，PN結(jié)耗盡區(qū)主要向低參雜一側(cè)擴(kuò)散，所以此結(jié)構(gòu)下，P body區(qū)域一側(cè)，耗盡區(qū)擴(kuò)展很小，基本對(duì)承壓沒有多大貢獻(xiàn)，承壓主要是P body－－N EPI在N型的一側(cè)區(qū)域，這個(gè)區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度是逐漸變化的，越是靠近PN結(jié)面，電場(chǎng)強(qiáng)度E越大。

對(duì)于COOLMOS結(jié)構(gòu)，由于設(shè)置了相對(duì)P body濃度低一些的P region區(qū)域，所以P區(qū)一側(cè)的耗盡區(qū)會(huì)大大擴(kuò)展，并且這個(gè)區(qū)域深入EPI中，造成了PN結(jié)兩側(cè)都能承受大的電壓，換句話說，就是把峰值電場(chǎng)Ec由靠近器件表面，向器件內(nèi)部深入的區(qū)域移動(dòng)了。

在原先傳統(tǒng)LDMOS的漂移區(qū)中，通過pn交替的結(jié)構(gòu)來代替單一淡濃度摻雜的漂移區(qū)，LDMOS的漏端為高濃度摻雜的n+區(qū)域，它直接連接到pn交替的漂移區(qū)。

為了克服傳統(tǒng)MOS導(dǎo)通電阻與擊穿電壓之間的矛盾，一些人在VDMOS基礎(chǔ)上提出了一種新型的理想器件結(jié)構(gòu)，既我們所說的超結(jié)MOS coolmos實(shí)現(xiàn)的工藝有很多種，可以采用DT 填充P型-EPI或者多次注入。

一般我們選擇一顆MOS 大致看以下幾個(gè)參數(shù) BV Id Rds Vth Qg Pd等。

但是這幾個(gè)參數(shù)，只有Qg和Id是交流參數(shù)，其他都是靜態(tài)參數(shù)。而半導(dǎo)體這東西就是隨溫升變壞的。那動(dòng)態(tài)參數(shù)，其實(shí)是變壞的。

25度的電流是100A，也許125度的時(shí)候，電流只有50A，所以選型的時(shí)候要以高溫下(老化房)的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。那選好了電壓、電流，剩下就是看Coolmos的損耗了。

Coolmos露在表面的是Rdson 較低，只有平面管的1/3或者1/4，那MOS的導(dǎo)通損耗必然較之平面管要低不少。

MOS的另外一個(gè)損耗，開關(guān)損耗其實(shí)往往更加占主導(dǎo)。開關(guān)損耗在MOS里最直接體現(xiàn)的數(shù)值是Trr。這也是Coolmos最核心的參數(shù)。從coolmos的發(fā)展來看 C3 C6 CP CFD CFD2 都是在Trr上下功夫(C6除外，他是C3的Cost down)。

Coolmos在實(shí)際應(yīng)用中，MOS前段的Rg驅(qū)動(dòng)，一般對(duì)電阻要求會(huì)低很多。這也能降低損耗。

舉個(gè)例子，20N60C3 MOS前段的驅(qū)動(dòng)電阻一般可做到15mohm以下，但是也不是越低越好，開關(guān)越高，EMI的問題就出來了。所以驅(qū)動(dòng)電阻的選擇要綜合考慮，在EMI允許的情況下，盡量降低驅(qū)動(dòng)電阻。

KIA MOS管原廠

KIA半導(dǎo)體是一家致力于功率半導(dǎo)體電子元器件研發(fā)與銷售的高新技術(shù)型企業(yè)，竭誠服務(wù)全球開關(guān)電源、綠色照明、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、汽車電子、新能源充電樁、太陽能設(shè)備、數(shù)碼家電、安防工程等行業(yè)長期合作伙伴，主動(dòng)了解客戶需求，不斷研發(fā)創(chuàng)新，為客戶提供綠色、節(jié)能、高效的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品。

VDMOS COOLMOS