罗姆第二代超级结MOS

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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。现如今，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，这有助于在高频率下保持更高的效率。2017年7月4日的罗姆发布会上，罗姆半导体(上海)有限公司设计中心高级经理水原德健先生跟我们分享了从2014年开始到2020年MOS管市场的变化情况。
水原德健先生提到，总的来说，MOS整体的需求量没有太大增长。但是中间有一个很大的变化，平面MOS市场越来越小，超级结MOSFET市场越来越大。2014年的时候还是以平面MOS为主，但是在2016年的时候基本一半一半了，到2020年可以看到超级结MOS已成为主流。为什么会这样?这主要是大家在选择产品的时候一般考虑两个因素：性能和价格。性能方面可以说各有千秋，但是超级结MOS更节能。价格的话，在第零代的时候，超级结MOS价格大约是平面MOS的1.7倍到2倍，到了第一代，大约是1.5倍。第二代，基本上已与平面MOS的价格开始持平。超级结MOS的导通损耗小，比平面MOS更节能一些，而且价格与平面MOS相比相持平，这就是整个市场上会得到很大应用的原因。

紧跟市场发展的罗姆集团拥有很多高耐压超级结MOSFET产品。水原德健先生跟21ic记者介绍了几款典型产品。首先是罗姆低噪音的超级结MOS，即EN系列。EN系列特殊的构造可以达到跟平面MOS一样的低噪音性，并同时减低了80%的Ron(导通电阻)，实现更节能。第二个高速开关的MOSFET，高速开关的产品主要是为了开关的时候损耗降得更低一些，可以使整机的效率变得更高。罗姆的第二代高速开关超级结MOS-KN系列主要改变了开关特性， Rg(门极上的电阻)和Qgd(栅极输入电荷量)，输入电荷更少可以使开关速度更快。KN系列产品即改变了门极上的电荷和电阻，使开关速度变得更快。

第三个就是本次发布会上，罗姆跟21ic记者介绍的重点新品——业界最快trr性能的600V超级结MOSFET-PrestoMOS R60xxMNx系列。在这里我们先来理清这个包含关系：PrestoMOS属于超级结MOSFET，超级结MOSFET属于功率MOSFET，功率MOSFET属于功率晶体管。PrestoMOS就是高速的trr(反向恢复时间)超级结的MOSFET。今天我们的重点就是第二代PrestoMOS。


先简单介绍下罗姆的第一代PrestoMOS。从构造上看，MOS里有两个构造，一个是真正的MOS构造，一个是体二极管。我们说产品的好与坏，第一个就看本体MOS特性的好与坏，这主要取决于导通电阻和Qg，这两个参数都是越小越好。第二个特性是体二极管的trr特性。罗姆第一代的PrestoMOS主要是改变了体二极管的trr特性。MOSFET是一个半导体，从ON到OFF的时候会出现一个反向特性，有一个反向的恢复时间和反向的恢复电流。反向的恢复时间乘以反向的恢复电流，这就是开关造成的开关损耗，开关的损耗越小，整体就越节能。罗姆在第一代产品最主要改变了trr的特性，逆变器效率更高。

罗姆的第一代产品降低了trr，第二代产品在继续提高trr性能的基础上，同时降低了导通电阻并提高开关速度。罗姆的第二代PrestoMOS采用了新的纵向沟槽构造：一是把PN结构之间的间距变得更小;二是把N极的电流浓度变得更大。通过改变这新的构造，使产品的导通电阻更低，开关速度更快。从对比中可以看到，开关速度Qg和原有的第一代产品相比，第二代产品降低了70%，导通电阻降低了40%。在这两个特性之上，体二极管的trr特性降低了20%。可以说，第二代PrestoMOS是个开关损耗、导通损耗和trr损耗都是很小的产品。


最后，水原德健先生谈到了关于罗姆产品生产的问题。他介绍到，罗姆的前工程都是在日本国内，后工程主要是在国外，目前在日本、泰国和菲律宾都有工厂。罗姆同样的产品为什么在两个或两个以上的地方同时进行生产?“同样的产品要分几个地方去做，看起来很浪费资源。但是如果某个地区发生意外就不能正常供货了，比如2011年泰国发生了洪水，如果当时只有泰国一地工厂生产产品，会给给客户的生产带来很大的麻烦。第一，产品生产不出来;第二，生产出来的产品运不出去，因为你没有替代产品，最终给客户带来很大的麻烦。在这之后，罗姆为了把风险降到最低，不论任何产品都在两个或两个以上的地方来进行同时生产。也就是说，无论任何一个地方出现了什么样不可抗拒的事情发生，罗姆都会在同一时间内有相同的产品从另外一个工厂生产出来，这样不会给客户带来生产上的麻烦。”水原德健先生说到。

超级结结构是高压MOSFET技术的重大发展并具有显著优点，其RDS(on)、栅极容值和输出电荷以及管芯尺寸同时得到降低。从罗姆此次新品发布会我们就能看到超级结MOS的市场前景。未来，超级结MOS会不会把平面MOS虐到哭，还需要时间见分晓。




图：罗姆半导体(上海)有限公司设计中心高级经理水原德健先生

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