新型MOSFET滿(mǎn)足高速開(kāi)關(guān)等三大關(guān)鍵性能

在LCD-TV領(lǐng)域，為了減小電壓轉換時(shí)的電力損耗和顯示屏電力損耗，已經(jīng)采用了“直流變頻方式”這種新的電源方式。這是一種將通常進(jìn)行AC/DC轉換降壓后聯(lián)接變頻電路的地方從PFC直接輸入電壓通過(guò)高耐壓MOSFET使其進(jìn)行變頻動(dòng)作的電路方式。

在太陽(yáng)能電池的領(lǐng)域里，將太陽(yáng)光的能量轉變成DC電壓之后，在轉換到商業(yè)用AC線(xiàn)路時(shí)的變頻電路中使用了高耐壓設備以減小電能損耗。

在這兩個(gè)領(lǐng)域中，對高耐壓MOSFET有更新的性能要求：低導通電阻，給高速開(kāi)關(guān)配置高速Trr(反向恢復時(shí)間)。

用于平板電視的直流變頻方式的MOSFET，由于開(kāi)關(guān)頻率約為60KHz，與電機等相比較快，所以開(kāi)關(guān)時(shí)的電能損耗受到重視。

一般情況下，會(huì )在MOSFET的漏極/源極之間并列使用快速恢復二極管(FRD)，但是，如果MOSFET的Trr較快，就無(wú)需使用RFD(圖1)。因此，要求高耐壓MOSFET具有高速開(kāi)關(guān)和高速Trr的性能。

在太陽(yáng)能電池、電力調節器內的變頻電路，由于要通過(guò)20A以上的大電流，目前多會(huì )使用IGBT。IGBT在大電流領(lǐng)域里顯示出較低的飽和電壓，但由于在結構上與MOSFET不同，沒(méi)有內置二極管，所以必須配置外置FRD。但如果MOSFET的Trr較快，這個(gè)FRD可以省掉(圖1)。因此，要求高耐壓MOSFET具有IGBT飽和電壓以下的低導通電阻和高速Trr的性能。

圖1

在這樣的環(huán)境下，ROHM公司開(kāi)發(fā)出了能夠滿(mǎn)足這些市場(chǎng)要求的"PrestoMOSTM "系列。(Presto是意大利語(yǔ)，表示"極快"的音樂(lè )術(shù)語(yǔ)。)

通過(guò)提高Super Junction MOS的性能，在上述的“高速開(kāi)關(guān)”、“低導通電阻”、“高速Trr”等3個(gè)要求的性能中，“高速開(kāi)關(guān)”和“低導通電阻”這兩個(gè)性能在特定的電流范圍內陸續獲得成功。

與傳統的平板結構MOSFET相比，Super Junction結構在n-晶膜層上周期性地布置了被稱(chēng)為柱的柱狀P型區域。在漏極/源極之間輸入逆向偏壓的時(shí)候，可以在電流路徑的n-層的濃度較濃狀態(tài)下保持高耐壓，與平板MOS相比，可以獲得低導通電阻和高速開(kāi)關(guān)。

然而，與平板MOS相比，P型柱結構的Trr較慢，一般來(lái)說(shuō)，被稱(chēng)作FRD內置型的Trr高速化技術(shù)沒(méi)有獲得成功。

而目前ROHM公司通過(guò)確立局部陷阱能級方法，在Super Junction MOS的Trr高速化上獲得了成功(圖2)?！癙restoMOSTM”系列在直流變頻產(chǎn)品中，計劃將500V、600V級別的8A～11A的產(chǎn)品分別擴充增加67～85ns的Trr；在太陽(yáng)能電池電力調節器的產(chǎn)品中，計劃將600V / 20A～45A系列產(chǎn)品擴充增加100～150ns的Trr。

與傳統產(chǎn)品的反向恢復時(shí)間(Trr)的比較。