超结结构：打破硅基材料限制，实现高效能MOSFET（上）
发布时间：2024-01-17
来源：罗姆半导体社区 (https://rohm.eefocus.com)
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。
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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