平面MOSFET和超级结MOSFET的结构区别-KIA MOS管

基于超级结技术的功率MOSFET已成为高压开关转换器领域的业界规范。它们提供更低的RDS(on)，同时具有更少的栅极和和输出电荷，这有助于在任意给定频率下保持更高的效率。在超级结MOSFET出现之前，高压器件的主要设计平台是基于平面技术。

平面式高压MOSFET的结构

图1显示了一种传统平面式高压MOSFET的简单结构。平面式MOSFET通常具有高单位芯片面积漏源导通电阻，并伴随相对更高的漏源电阻。

使用高单元密度和大管芯尺寸可实现较低的RDS(on)值。但大单元密度和管芯尺寸还伴随高栅极和输出电荷，这会增加开关损耗和成本。另外还存在对于总硅片电阻能够达到多低的限制。

器件的总RDS(on)可表示为通道、epi和衬底三个分量之和：

RDS(on) = Rch + Repi + Rsub

平面超级结 MOSFET 结构

图1：传统平面式MOSFET结构

图2显示平面式MOSFET情况下构成RDS(on) 的各个分量。对于低压MOSFET，三个分量是相似的。但随着额定电压增加，外延层需要更厚和更轻掺杂，以阻断高压。

额定电压每增加一倍，维持相同的RDS(on)所需的面积就增加为原来的五倍以上。对于额定电压为600V的MOSFET，超过95%的电阻来自外延层。

显然，要想显著减小RDS(on)的值，就需要找到一种对漂移区进行重掺杂的方法，并大幅减小epi电阻。

平面超级结 MOSFET 结构

图2：平面式MOSFET的电阻性元件

通常，高压的功率MOSFET采用平面型结构，其中，厚的低掺杂的N-的外延层，即epi层，用来保证具有足够的击穿电压，低掺杂的N-的epi层的尺寸越厚，耐压的额定值越大，但是其导通电阻也急剧的增大。导通电阻随电压以2.4-2.6次方增长，这样，就降低的电流的额定值。

为了得到一定的导通电阻值，就必须增大硅片的面积，成本随之增加。如果类似于IGBT引入少数载流子导电，可以降低导通压降，但是少数载流子的引入会降低工作的开关频率，并产生关断的电流拖尾，从而增加开关损耗。

超级结MOSFET的结构

高压的功率MOSFET的外延层对总的导通电阻起主导作用，要想保证高压的功率MOSFET具有足够的击穿电压，同时，降低导通电阻，最直观的方法就是：

在器件关断时，让低掺杂的外延层保证要求的耐压等级，同时，在器件导通时，形成一个高掺杂N+区，作为功率MOSFET导通时的电流通路，也就是将反向阻断电压与导通电阻功能分开，分别设计在不同的区域，就可以实现上述的要求。

基于超结SuperJuncTIon的内建横向电场的高压功率MOSFET就是基本这种想法设计出的一种新型器件。内建横向电场的高压MOSFET的剖面结构及高阻断电压低导通电阻的示意图如图3所示。英飞凌最先将这种结构生产出来，并为这种结构的MOSFET设计了一种商标CoolMOS，这种结构从学术上来说，通常称为超结型功率MOSFET。

平面超级结 MOSFET 结构