中能微电子SJ-MOS介绍,产品优势及产品应用。
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◆ SJ-MOSFET介绍 ◆
 
 
 

 

两种MOSFET断面结构比较

 

 
 
 
常规MOSFET与超结MOSFET的发展 ◆
 
 
 

 

 

   相对于常规 VDMOS器件结构, RDS(on)与BVSS存在矛盾关系,要想提高BVSS,一般都是从减小EPI掺杂浓度着手,但是外延层又是正向电流流通的通道,EPI 掺杂浓度减小了,电阻必然变大,RDS(on)增大。否则就需要增大芯片面积,增大封装外形,增加大量成产成本。所以对于普通 VDMOS,两者之间的矛盾不可调和。

  

   采用超结(Super Junction,简称SJ)工艺的高压功率MOSFET,是通过设置一个深入EPI层的P柱区,通过提高电流传导区的掺杂浓度,显著降低单位面积导通电阻,但同时又不使耐压受到影响,从而使其成为具有高耐压和低电阻特性的一种新型器件。特殊的超结结构让高压超结MOSFET的内阻在同样面积情况下降低到传统平面MOSFET的1/5,开关损耗因此减为普通的VDMOSFET的1/2。

  与传统的功率 MOSFET相比,SJ-MOSFET具有传导损耗低、电流驱动能力大、栅极电荷低、开启电压低、开关速度快、出色的非钳位感性开关(Unclamped Inductive Switching, UIS)能力、百分之百的雪崩能量击穿测试等优点。

 
 
 
 
 

 

 
 
 
 超结MOSFET制作过程 ◆
 
 
 

 

SJ-MOSFET工艺比较

 

如上图所示,目前主要有三种方法制作沟槽:

一、通过多次掩刻,反复注入掺杂,外延生长得到P柱区,称为多层外延(Multi-EPI)。此方法注入比较均匀,工艺品质相对容易控制,但生产工序多,生产周期长,成本相对较高。

二、直接挖出深沟槽(Deep-Trench)。通过在N型外延上开深沟槽,然后再利用外延工艺在沟槽内生长出P型单晶硅形成在N型外延上的P型区域,然后通过回刻工艺将槽内生长的P型外延单晶刻蚀到与沟槽表面平齐,以形成纵向P型区域。成本相对较低,但不容易保证沟槽内性能的一致性。

三、倾斜角度注入(STM技术)。除了多次注入法,能保证在EPI中注入这么深,并且保证不同位置的浓度差异不大的方法还有STM技术(Super trench MOSFET)。采用倾斜角度注入,实现 Super junction的结构。

 
 
 
 
 

 

 
 
 
◆ SJ-MOSFET的应用优势 ◆
 
 
 

 

 

1.内阻低,通态损耗降低  

   由于SJ-MOSFET的RDS(on)远远低于VDMOS,在产品应用过程中表现为SJ-MOSFET的通态损耗较之VDMOS大幅减少,减少发热,从而提高了产品的能效比,SJ-MOSFET的这个优点在大功率、大电流类的电源产品上,优势表现的尤为突出。

 2.封装体积小,有利于功率密度的提高  

    首先,同等电流、电压规格和同等功率条件下,SJ-MOSFET的晶圆面积要远小于VDMOS工艺的晶圆面积,从而便于封装成更小尺寸的产品,有利于电源系统功率密度的提高,设计更小体积的电源电路。

其次,由于SJ-MOSFET的导通损耗的降低从而降低了电源类产品的损耗,减少了工作状态下导通过程中的热聚集,从而有利于缩减散热器的体积,甚至取消散热器,有效减小了线路板面积和产品外壳尺寸,有效的提高了产品的功率密度,降低成本。

   3.栅电荷小,降低了对电路的驱动能力的要求  

    传统VDMOS 的栅电荷相对较大,我们在实际应用中会遇到由于IC的驱动能力不足造成的温升问题,而在电路设计中为了增加IC的驱动能力,确保MOSFET的快速导通,我们不得不增加推挽或其它类型的驱动电路,从而增加了电路的复杂性。SJ-MOSFET 的栅电容相对比较小,这样就可以降低其对驱动能力的要求,提高了系统产品的可靠性。

    4.结电容小,开关速度加快,开关损耗小  

    由于SJ-MOSFET结构的改变,其输出的结电容也有较大的降低,从而降低了其导通损耗。同时由于SJ-MOSFET栅电容也有了相应的减小,电容充放电时间变短,提高了SJ-MOSFET的开关速度与频率,也有利于减小变压器和电感尺寸。对于频率固定的电源而言,可以有效的降低其开关损耗,提高整个电源系统的效率。应用在频率相对较高的电源上,收效更为明显。

以上优势给客户带来整体BOM成本降低,电源效率提升。尤其是便携式产品,满足客户对小型化、轻薄化、低温升、高性价比、高效率、节能环保等方面的要求。

 
 
 
 
 

 

 
 
 
◆ 中能微SJ-MOSFET特点 ◆
 
 
 
 

 

  中能微电子的SJ-MOSFET采用可靠性更高的多层外延技术路线,依靠自有专利技术结合市场的需求不断优化升级,研发出电流范围2A~47A,电压范围600V~800V的系列产品,服务于终端客户市场。中能微SJ-MOS有以下几个方便的特点:

◆ 超结工艺低温升

较低的开关损耗和导通损耗,更好控制温升问题,有效降低电源整体的工作温度,可以适应更复杂的工况环境,延长电源的使用寿命

◆ 低内阻 高效率  

比较高的轻载、满载效率,超低的导通内阻和Qg,有效降低导通、开关损耗,更方便设计出更高效率的产品

◆ 生产工艺优化  高稳定性

优化后更强的EAS能力,能对电源抗冲击能力提供有效保障。利用多层外延技术形成的超结耐压层的晶格质量较好,缺陷与界面态少,芯片内部缺陷少于其他工艺同类产品,高温稳定性得到较大程度的提高。

◆ 易用性和适配性好

中能微SJ-MOS系列产品在使用过程中简单、易用,驱动电流需求很小,对新一代高速开关电源提供有力的支持。

◆ 型号齐全  

中能微SJ-MOS拥有比较全的型号,电压等级覆盖500V,600V,650V,700V,800V;电流等级覆盖2A,5A,7A,10A,11A,15A,20A,30A,47A等全系列产品。后续还在开发更多规格的产品以及高度客制化的参数型号系列产品。

◆ 应用范围广  

产品从消费级、工业类再到汽车级市场都有广泛的应用,例如 LED照明、开关电源、适配器、各种中小功率充电器,大功率充电桩,光伏逆变器、车载照明系统、UPS、逆变器、快充、通信电源,工业电源等。

 

 
 
 
 
 

 

 
 
 
◆ 中能微SJ-MOS产品应用 ◆
 
 
 

 

 
 
 
 
 

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中能微电:一文带你了解SJ-MOSFET!

2023-01-03
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