VDMOS與COOLMOS的區別分析及應用-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-10-13
超結金氧半場效晶體管（Super Junction Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor，SJ MOSFET）
SJ MOSFET的技術主要有兩種，其一為由英飛凌（Infineon）開發的多磊晶技術，藉由摻雜（doping）磊晶在磊晶層上形成島狀的摻雜區域，使該區域擴散形成一個氮摻雜（N-doped）平面。
另一種技術則采用深反應離子蝕刻挖出溝槽狀結構，再將氮摻雜材料填補于溝槽，制造出超接面的結構，開發此科技的業者主要為東芝（Toshiba），快捷半導體（Fairchild Semiconductor） 及艾斯摩斯科技（IceMOS Technology）。
為了克服傳統MOS導通電阻與擊穿電壓之間的矛盾，一些人在VDMOS基礎上提出了一種新型的理想器件結構，既我們所說的超結MOS，超結MOS的結構如圖2所示，其由一些列的P型和N型半導體薄層交替排列組成。
在截止態時，由于P型和N型層中的耗盡區電場產生相互補償效應，使P型和N型層的摻雜濃度可以做的很高而不會引起器件擊穿電壓的下降。
導通時，這種高濃度的摻雜可以使其導通電阻顯著下降，大約有兩個數量級。因為這種特殊的結構，使得超結MOS的性能優于傳統的VDMOS。
如下表中芯派電子的超結MOS與平面MOS部分參數比對可知，超結MOS器件參數優于平面MOS。
對于常規VDMOS器件結構， Rdson與BV這一對矛盾關系，要想提高BV，都是從減小EPI參雜濃度著手，但是外延層又是正向電流流通的通道，EPI參雜濃度減小了，電阻必然變大，Rdson就大了。
Rdson直接決定著MOSFET單體的損耗大小。所以對于普通VDMOS，兩者矛盾不可調和，這就是常規VDMOS的局限性。 但是對于超結MOS，這個矛盾就不那么明顯了。
通過設置一個深入EPI的的P區，大大提高了BV，同時對Rdson上不產生影響。
對于常規VDMOS，反向耐壓，主要靠的是N型EPI與body區界面的PN結，對于一個PN結，耐壓時主要靠的是耗盡區承受，耗盡區內的電場大小、耗盡區擴展的寬度的面積。
常規VDSMO，P body濃度要大于N EPI，大家也應該清楚，PN結耗盡區主要向低參雜一側擴散，所以此結構下，P body區域一側，耗盡區擴展很小，基本對承壓沒有多大貢獻，承壓主要是P body－－N EPI在N型的一側區域，這個區域的電場強度是逐漸變化的，越是靠近PN結面，電場強度E越大。
對于COOLMOS結構，由于設置了相對P body濃度低一些的P region區域，所以P區一側的耗盡區會大大擴展，并且這個區域深入EPI中，造成了PN結兩側都能承受大的電壓，換句話說，就是把峰值電場Ec由靠近器件表面，向器件內部深入的區域移動了。
在原先傳統LDMOS的漂移區中，通過pn交替的結構來代替單一淡濃度摻雜的漂移區，LDMOS的漏端為高濃度摻雜的n+區域，它直接連接到pn交替的漂移區。
為了克服傳統MOS導通電阻與擊穿電壓之間的矛盾，一些人在VDMOS基礎上提出了一種新型的理想器件結構，既我們所說的超結MOS coolmos實現的工藝有很多種，可以采用DT 填充P型-EPI或者多次注入。
一般我們選擇一顆MOS 大致看以下幾個參數 BV Id Rds Vth Qg Pd等。
但是這幾個參數，只有Qg和Id是交流參數，其他都是靜態參數。而半導體這東西就是隨溫升變壞的。那動態參數，其實是變壞的。
25度的電流是100A，也許125度的時候，電流只有50A，所以選型的時候要以高溫下(老化房)的數據為準。那選好了電壓、電流，剩下就是看Coolmos的損耗了。
Coolmos露在表面的是Rdson 較低，只有平面管的1/3或者1/4，那MOS的導通損耗必然較之平面管要低不少。
MOS的另外一個損耗，開關損耗其實往往更加占主導。開關損耗在MOS里最直接體現的數值是Trr。這也是Coolmos最核心的參數。從coolmos的發展來看 C3 C6 CP CFD CFD2 都是在Trr上下功夫(C6除外，他是C3的Cost down)。
Coolmos在實際應用中，MOS前段的Rg驅動，一般對電阻要求會低很多。這也能降低損耗。
舉個例子，20N60C3 MOS前段的驅動電阻一般可做到15mohm以下，但是也不是越低越好，開關越高，EMI的問題就出來了。所以驅動電阻的選擇要綜合考慮，在EMI允許的情況下，盡量降低驅動電阻。
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