VDMOS與COOLMOS的區別分析及應用-KIA MOS管

COOLMOS（超結MOS）

超結金氧半場(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(kāi)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域，使該區域擴散形成一個(gè)氮摻雜（N-doped）平面。

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

VDMOS與VDMOS的結構差異

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

在截止態(tài)時(shí)，由于P型和N型層中的耗盡區電場(chǎng)產(chǎn)生相互補償效應，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。

導通時(shí)，這種高濃度的摻雜可以使其導通電阻顯著(zhù)下降，大約有兩個(gè)數量級。因為這種特殊的結構，使得超結MOS的性能優(yōu)于傳統的VDMOS。

如下表中芯派電子的超結MOS與平面MOS部分參數比對可知，超結MOS器件參數優(yōu)于平面MOS。

VDMOS COOLMOS

對于常規VDMOS器件結構， Rdson與BV這一對矛盾關(guān)系，要想提高BV，都是從減小EPI參雜濃度著(zhù)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(zhù)MOSFET單體的損耗大小。所以對于普通VDMOS，兩者矛盾不可調和，這就是常規VDMOS的局限性。但是對于超結MOS，這個(gè)矛盾就不那么明顯了。

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

對于常規VDMOS，反向耐壓，主要靠的是N型EPI與body區界面的PN結，對于一個(gè)PN結，耐壓時(shí)主要靠的是耗盡區承受，耗盡區內的電場(chǎng)大小、耗盡區擴展的寬度的面積。

常規VDSMO，P body濃度要大于N EPI，大家也應該清楚，PN結耗盡區主要向低參雜一側擴散，所以此結構下，P body區域一側，耗盡區擴展很小，基本對承壓沒(méi)有多大貢獻，承壓主要是P body－－N EPI在N型的一側區域，這個(gè)區域的電場(chǎng)強度是逐漸變化的，越是靠近PN結面，電場(chǎng)強度E越大。

對于COOLMOS結構，由于設置了相對P body濃度低一些的P region區域，所以P區一側的耗盡區會(huì )大大擴展，并且這個(gè)區域深入EPI中，造成了PN結兩側都能承受大的電壓，換句話(huà)說(shuō)，就是把峰值電場(chǎng)Ec由靠近器件表面，向器件內部深入的區域移動(dòng)了。

在原先傳統LDMOS的漂移區中，通過(guò)pn交替的結構來(lái)代替單一淡濃度摻雜的漂移區，LDMOS的漏端為高濃度摻雜的n+區域，它直接連接到pn交替的漂移區。

為了克服傳統MOS導通電阻與擊穿電壓之間的矛盾，一些人在VDMOS基礎上提出了一種新型的理想器件結構，既我們所說(shuō)的超結MOS coolmos實(shí)現的工藝有很多種，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 BV Id Rds Vth Qg Pd等。

但是這幾個(gè)參數，只有Qg和Id是交流參數，其他都是靜態(tài)參數。而半導體這東西就是隨溫升變壞的。那動(dòng)態(tài)參數，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)的數據為準。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的導通損耗必然較之平面管要低不少。

MOS的另外一個(gè)損耗，開(kāi)關(guān)損耗其實(shí)往往更加占主導。開(kāi)關(guān)損耗在MOS里最直接體現的數值是Trr。這也是Coolmos最核心的參數。從coolmos的發(fā)展來(lái)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)際應用中，MOS前段的Rg驅動(dòng)，一般對電阻要求會(huì )低很多。這也能降低損耗。

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

KIA MOS管原廠(chǎng)

KIA半導體是一家致力于功率半導體電子元器件研發(fā)與銷(xiāo)售的高新技術(shù)型企業(yè)，竭誠服務(wù)全球開(kāi)關(guān)電源、綠色照明、電機驅動(dòng)、汽車(chē)電子、新能源充電樁、太陽(yáng)能設備、數碼家電、安防工程等行業(yè)長(cháng)期合作伙伴，主動(dòng)了解客戶(hù)需求，不斷研發(fā)創(chuàng )新，為客戶(hù)提供綠色、節能、高效的功率半導體產(chǎn)品。

VDMOS COOLMOS