超结结构:打破硅基材料限制,实现高效能MOSFET(上)

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超结结构是MOSFET的核心部分,通常由交替排列的P型和N型半导体材料构成。这种结构能够提高MOSFET的性能,因为它可以在不增加导通电阻的情况下降低反向传输的电荷。源极和漏极是MOSFET的输入和输出端,电流通过源极和漏极进行控制。
 
栅极是MOSFET的控制端,通过施加电压来控制源极和漏极之间的电流。在栅极上方有一层氧化物,作为栅极与半导体之间的绝缘层,有助于控制电流。衬底通常为单晶硅,为整个结构提供机械支撑。这些部分共同协作,使得超结结构MOSFET在保持较低导通电阻的同时,还能实现较低的开关损耗和更高的工作频率。这种架构在电力电子转换和高速数字逻辑电路中有广泛应用。
MOSFET
 
超结MOSFET通过在传统MOSFET的漂移区引入二维电场,打破了硅基材料固有的“硅极限”,实现了高阻断电压与低比导电阻的优化折中。具体来说,超结结构将PN结引入到常规的“电阻型”耐压层中,使其质变为“结型耐压层”。在器件导通时,形成一个高掺杂的N+区,作为功率MOSFET导通时的电流通路。这种结构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,以实现高压的功率MOSFET具有足够的击穿电压的同时降低导通电阻。
 
超结结构是综合平面型和沟槽型结构两者的特点,具有平面型结构的高耐压和沟槽型结构低电阻的特性。其制造工艺比较复杂,目前N+沟槽主要有两种方法直接制作:通过外延生长得到N+沟槽和直接开沟槽。这两种方法都能保证沟槽内性能的一致性。
 
超结MOSFET的RDS(on)、栅极容值和输出电荷以及管芯尺寸同时得到降低。而且相较于普通高压VDMOS,超结MOSFET的导通电阻远小,适用于高能效和高功率密度的快速开关应用。
 
关键词:MOSFET
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