CoolMOS介紹

CoolMOS也就是super junction MOS，是沿用了英飛凌的名稱(chēng)，稱(chēng)為超結(jié)MOS管可能更為恰當(dāng)。在過(guò)去的二十年，MOSFET主要用作開(kāi)關(guān)器件，得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，由于它是多子器件，有相對(duì)較小的開(kāi)關(guān)損耗，但其通態(tài)功耗較高，要降低通態(tài)功耗，導(dǎo)通電阻受擊穿電壓限制無(wú)法再下降而存在一個(gè)極限，被稱(chēng)為“硅限（Silicon Limit）”，CoolMOS的超結(jié)結(jié)構(gòu)打破了硅限，相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)，在相同的芯片面積上，導(dǎo)通電阻降低了80%-90%，并且具有高開(kāi)關(guān)速度。

CoolMOS基本原理

對(duì)于高壓VDMOS，漂移區(qū)電阻展器件總電阻的比例達(dá)到96%，為了開(kāi)發(fā)高壓低功率的MOSFET，Infineon在1998年提出了Super Junction結(jié)構(gòu)，電子科技大學(xué)陳星弼院士的專(zhuān)利稱(chēng)其為復(fù)合緩沖層的CoolMOS，其主要特點(diǎn)是在漂移區(qū)內(nèi)采用重?fù)诫s的PN相間的結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)VDMOS低摻雜的漂移區(qū)。當(dāng)器件反向阻斷時(shí)，這些PN相間的緩沖層產(chǎn)生一個(gè)橫向電場(chǎng)，會(huì)促進(jìn)重?fù)诫s的P型和N型漂移區(qū)耗盡，當(dāng)電壓達(dá)到一定值后，漂移區(qū)完全耗盡，起到電壓支撐的作用；由于采用重?fù)诫s的N型漂移區(qū)，器件導(dǎo)通時(shí)電子通道在N型區(qū)域內(nèi)流通，使其導(dǎo)通電阻大大降低，進(jìn)而改善器件導(dǎo)通電阻與器件耐壓之間的關(guān)系，CoolMOS的Rdson 越比傳統(tǒng)MOS 小很多。

                       圖1 傳統(tǒng)MOS與CoolMOS的BV、Ron關(guān)系圖

合芯半導(dǎo)體采用CoolMOS芯片技術(shù)（ SJ MOS）采用華虹第二代超結(jié)工藝，利用溝槽填充刻蝕工藝技術(shù)制作超結(jié)P柱區(qū)域，其性能 Trench SJ MOS結(jié)參數(shù)跟Infineon Cool MOS 接近, 但是Infineon  Cool MOS 用的是EPI 層層堆疊，如圖2所示，溝槽刻蝕工藝技術(shù)所需面積更窄，導(dǎo)通電阻更低。

                      圖2  SJ MOS、CoolMOS和傳統(tǒng)MOS結(jié)構(gòu)

CoolMOS產(chǎn)品特性

下表為合芯半導(dǎo)體選用Trench SJ MOS芯片結(jié)構(gòu)與CoolMOS以及傳統(tǒng)MOS結(jié)構(gòu)的部分性質(zhì)對(duì)比，另外此處的雪崩指的是總雪崩能量, 若是比單位面積下的雪崩, 則與Cool MOS差異不大，合芯半導(dǎo)體采用的Trench SJ MOS芯片通過(guò)精確控制電荷, 有效增加良率, 降低成本。

                     表 Trench SJ MOS、CoolMOS和傳統(tǒng)MOS的對(duì)比

 CoolMOS應(yīng)用

超結(jié)VDMOS應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，是中小功率領(lǐng)域內(nèi)主流的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，主要應(yīng)用在開(kāi)關(guān)電源、不間斷電源(UPS)、工業(yè)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、手機(jī)、照相機(jī)、電動(dòng)汽車(chē)、汽車(chē)電子等領(lǐng)域的電源管理、開(kāi)關(guān)等。

                         圖3 不同電壓、電流下MOS器件的選擇

                               圖4 不同規(guī)格MOS管的應(yīng)用