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編號(hào)：24
查看：10239COOLMOS也就是super junction MOS由于大家習(xí)慣沿用了英飛凌的叫法，所以一直叫COOLMOS，也叫超結(jié)MOS。
（以下文字參考西安芯派電子上海研發(fā)中心劉博士的論文及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)資料）
1988 年，飛利浦美國公司的 D.J.Coe 申請了編號(hào)為 US Pat:4754310 的美國專利，第一次提出了在 LDMOS 結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用 pn 交替結(jié)構(gòu)來取代原來單一淡濃度摻雜的漂移區(qū)，有效較低導(dǎo)通電阻的同時(shí)保持器件耐壓的方法來實(shí)現(xiàn)真正意義上的超結(jié)器件。如圖一所示，在原先傳統(tǒng) LDMOS的漂移區(qū)中，通過 pn 交替的結(jié)構(gòu)來代替單一淡濃度摻雜的漂移區(qū)，LDMOS 的漏端為高濃度摻雜的n+區(qū)域，它直接連接到 pn 交替的漂移區(qū)。
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合緩沖結(jié)構(gòu)示意圖.jpg)
復(fù)合緩沖層結(jié)構(gòu)示意圖
兩年后，即 1995 年，西門子公司的 J.Tihanyi 也申請了編號(hào)為 US Pat:5216275 的專利，提出了和陳星弼教授類似的思路和應(yīng)用方案。Tihanyi 的專利結(jié)構(gòu)見圖三，其同樣是采用 pn 交替摻雜的結(jié)構(gòu)在替代傳統(tǒng)功率 MOS 器件中單一摻雜的漂移層。
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Tihanyi 專利超結(jié)示意圖
這三份專利提出了一種全新的思路，新的器件結(jié)構(gòu)使陷入硅限瓶頸的人們?yōu)橹駣^。在這之后，人們基于此前這三人的思路和理論推導(dǎo)，對基于此方向的新型高壓器件進(jìn)行了深入的研究和開發(fā)。1997年，隨著研究的深入， Tatsuhiko 等人正式提出了―超結(jié)理論（Superjunction Theory）的概念。Tatsuhiko 等人將之前的研究進(jìn)行了總結(jié)和歸納。從此之后，超結(jié)理論得到了廣泛的引用和流程，被眾多研究人員所接受，并不斷得到新的研究成果。超結(jié)理論提出后，針對超結(jié) MOS 器件的研究隨之在世界范圍內(nèi)展開。在 1998 年，英飛凌公司正式宣布世界上第一代產(chǎn)品級(jí)的新型超結(jié) MOSFET 器件誕生，并稱之為COOLMOS。自此超結(jié)MOSFET慢慢的走入了我們電源工程師的視野。隨著超結(jié)MOSFET的推廣，國內(nèi)的國內(nèi)的眾多企業(yè)也推出了自己的超結(jié)產(chǎn)品，如南方芯源微科技有限公司在2012年成功的推出了自己一些列的超結(jié)產(chǎn)品，并應(yīng)用到眾多的企業(yè)中去。
2. SJ_MOS與VDMOS的結(jié)構(gòu)差異
為了克服傳統(tǒng)MOS導(dǎo)通電阻與擊穿電壓之間的矛盾，一些人在VDMOS基礎(chǔ)上提出了一種新型的理想器件結(jié)構(gòu)，既我們所說的超結(jié)MOS，超結(jié)MOS的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其由一些列的P型和N型半導(dǎo)體薄層交替排列組成。在截止態(tài)時(shí)，由于P型和N型層中的耗盡區(qū)電場產(chǎn)生相互補(bǔ)償效應(yīng)，使P型和N型層的摻雜濃度可以做的很高而不會(huì)引起器件擊穿電壓的下降。導(dǎo)通時(shí)，這種高濃度的摻雜可以使其導(dǎo)通電阻顯著下降，大約有兩個(gè)數(shù)量級(jí)。因?yàn)檫@種特殊的結(jié)構(gòu)，使得超結(jié)MOS的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的VDMOS.如下表中芯派電子的超結(jié)MOS與平面MOS部分參數(shù)比對可知，超結(jié)MOS器件參數(shù)優(yōu)于平面MOS。
對于常規(guī)VDMOS器件結(jié)構(gòu)， Rdson與BV這一對矛盾關(guān)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(diào)和，這就是常規(guī)VDMOS的局限性。 但是對于超結(jié)MOS，這個(gè)矛盾就不那么明顯了。通過設(shè)置一個(gè)深入EPI的的P區(qū)，大大提高了BV，同時(shí)對Rdson上不產(chǎn)生影響。對于常規(guī)VDMOS，反向耐壓，主要靠的是N型EPI與body區(qū)界面的PN結(jié)，對于一個(gè)PN結(jié)，耐壓時(shí)主要靠的是耗盡區(qū)承受，耗盡區(qū)內(nèi)的電場大小、耗盡區(qū)擴(kuò)展的寬度的面積。常規(guī)VDSMO，P body濃度要大于N EPI，大家也應(yīng)該清楚，PN結(jié)耗盡區(qū)主要向低參雜一側(cè)擴(kuò)散，所以此結(jié)構(gòu)下，P body區(qū)域一側(cè)，耗盡區(qū)擴(kuò)展很小，基本對承壓沒有多大貢獻(xiàn)，承壓主要是P body－－N EPI在N型的一側(cè)區(qū)域，這個(gè)區(qū)域的電場強(qiáng)度是逐漸變化的，越是靠近PN結(jié)面，電場強(qiáng)度E越大。對于COOLMOS結(jié)構(gòu)，由于設(shè)置了相對P body濃度低一些的P region區(qū)域，所以P區(qū)一側(cè)的耗盡區(qū)會(huì)大大擴(kuò)展，并且這個(gè)區(qū)域深入EPI中，造成了PN結(jié)兩側(cè)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(nèi)部深入的區(qū)域移動(dòng)了。
3. COLLMOS在電源上應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)
4. COLLMOS系統(tǒng)應(yīng)用可能會(huì)出現(xiàn)的問題
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