多層外延工藝超結MOS在電源中的應用

超結也稱(chēng)為超級結，是英文Super Junction 的直譯，而英飛凌之前將這種技術(shù)稱(chēng)之為CoolMOS。因而超結（Super Junction，CoolMOS）一直混用至今。瑞森半導體多年前就進(jìn)軍超結領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)多年研發(fā)生產(chǎn)，目前已擁有完整的超結系列產(chǎn)品。

一、超結MOS結構

傳統高壓MOS，晶圓襯底為降低其電阻會(huì )做高摻雜，但為保證其擊穿電壓，在外延N-上摻雜濃度會(huì )降低，而低摻雜濃度的外延層會(huì )導致結構電阻增大，也就是MOS管的內阻增大。

為解決這一狀況開(kāi)發(fā)出超結技術(shù)，超結MOSFET 采用了在垂直溝槽結構，在外延N-層建立了深入的p型區，其摻雜濃度比原p型區的摻雜濃度低，其作用是補償導通電荷，并使pn結的耗盡區向p區一側擴展，起到了電壓支持層的作用，降低了擊穿電壓對外延層N-的要求。這樣便可提高延層N-摻雜濃度，從而降低其結構電阻。

二、超結MOS的特點(diǎn)

1.內阻低(RDSON) 

得益于特殊的芯片內部結構，使得超結MOS具有極低的內阻，在相同的芯片面積下，超結MOS芯片的內阻甚至只有傳統MOS的一半以上。較低的內阻，能降低損耗，減少發(fā)熱。特別在對溫度要求高的產(chǎn)品上，例如充電頭，使用超結替代傳統MOS可以降低產(chǎn)品外殼能感受的溫度，使得用戶(hù)擁有更好的產(chǎn)品體驗。

2.減小封裝體積

在同等電壓和電流要求下，超結MOS的芯片面積能做到比傳統MOS更小，因而可以封裝更小尺寸的產(chǎn)品，這樣有利于設計更小體積的電源電路。

在同等要求中，使用超結MOS得益于低內阻，其損耗發(fā)熱會(huì )比傳統MOS低很多，因而對散熱要求會(huì )降低。在實(shí)際電源應用中，通常會(huì )減少甚至取消散熱片尺寸，也在另一方面降低了成本。

3.超結的抗浪涌能力（EAS）

由于超結MOS芯片結構比傳統MOS芯片更容易出現缺陷，而缺陷的增多直接表現為芯片的抗浪涌能力降低。這也是不少使用者在用超結MOS替代VDMOS的過(guò)程中，容易出現浪涌及雷擊測試不合格的情況。當電源對浪涌要求高時(shí)，例如戶(hù)外產(chǎn)品，需特別注意MOS的抗浪涌能力，若使用超結MOS時(shí)，必須要設計好浪涌保護電路。超結MOS工藝有深溝槽和多層外延兩種，深溝槽為一次在外延上掩刻及填充，多層外延為一次次掩刻，反復注入摻雜。深溝槽工藝成本較低，但品質(zhì)相對難控制，多層外延由于多次掩刻成本較高，但品質(zhì)較為穩定。瑞森超結MOS使用成熟多層外延工藝，確保產(chǎn)品優(yōu)良品質(zhì)。

4.較小的柵電荷

在電源設計中，由于傳統MOS柵電荷相較大，對IC的驅動(dòng)能力要求較高，若IC驅動(dòng)能力不足會(huì )造成溫升等問(wèn)題，所以在選擇驅動(dòng)IC時(shí)會(huì )受到限制，甚至對于驅動(dòng)不足的IC會(huì )另外增加設計推挽電路。

得益超結MOS芯片結構，超結MOS具有相對于傳統MOS較小的柵電荷，所以對電路的驅動(dòng)能力要求降低，從而放寬對驅動(dòng)IC的要求，讓電路設計有更多選擇。 

5.較低的結電容

由于芯片結構的改變，超結MOS的結電容比傳統MOS有很大的降低，較低的輸出結電容能改善MOS開(kāi)關(guān)損耗。而較低的柵電容能減小柵極充電時(shí)間，提高開(kāi)關(guān)速度。超結MOS結電容的減小，可以有效的降低電源電路開(kāi)關(guān)損耗，提高整個(gè)電源系統的效率。

但另一方面超結MOS較小的寄生電容和極快的開(kāi)關(guān)特性，會(huì )造成較高的dv/dt和di/dt并通過(guò)器件和印刷電路板中的寄生電容電感等，從而影響開(kāi)關(guān)性能。對于高頻電源來(lái)說(shuō)，使用超結MOS，可能會(huì )比使用傳統MOS有更高的EMI，所以在使用超結MOS的電路中，其EMI的控制需要特別注意。另外，較快的開(kāi)關(guān)速度會(huì )造成電路中更高的VDS尖峰，所以在電路設計超結MOS VDS的過(guò)程中余量要計算充足，必要時(shí)可調整驅動(dòng)電阻以降低其電壓尖峰。

三、瑞森多層外延工藝超結MOS

瑞森多層外延工藝超結MOS系列產(chǎn)品，具有內阻低，抗沖擊能力強，結電容低，可靠性高，品質(zhì)穩定等特點(diǎn)。目前該系列產(chǎn)品已與眾多的客戶(hù)合作，瑞森助力客戶(hù)制造更優(yōu)質(zhì)電源。