超結(jié)型結(jié)構(gòu)的工作原理

1、關(guān)斷狀態(tài)

從圖4中可以看到，垂直導(dǎo)電N+區(qū)夾在兩邊的P區(qū)中間，當(dāng)MOS關(guān)斷時(shí)，也就是G極的電壓為0時(shí)，橫向形成兩個(gè)反向偏置的PN結(jié)：P和垂直導(dǎo)電N+、P+和外延epi層N-。柵極下面的的P區(qū)不能形成反型層產(chǎn)生導(dǎo)電溝道，左邊P和中間垂直導(dǎo)電N+形成PN結(jié)反向偏置，右邊P和中間垂直導(dǎo)電N+形成PN結(jié)反向偏置，PN結(jié)耗盡層增大，并建立橫向水平電場(chǎng)。

當(dāng)中間的N+的滲雜濃度和寬度控制得合適，就可以將中間的N+完全耗盡，如圖4（b）所示，這樣在中間的N+就沒(méi)有自由電荷，相當(dāng)于本征半導(dǎo)體，中間的橫向電場(chǎng)極高，只有外部電壓大于內(nèi)部的橫向電場(chǎng)，才能將此區(qū)域擊穿，所以，這個(gè)區(qū)域的耐壓極高，遠(yuǎn)大于外延層的耐壓，功率MOSFET管的耐壓主要由外延層來(lái)決定。

圖4：橫向電場(chǎng)及耗盡層

注意到，P+和外延層N-形成PN結(jié)也是反向偏置形，有利于產(chǎn)生更寬的耗盡層，增加垂直電場(chǎng)。

2、開(kāi)通狀態(tài)

當(dāng)G極加上驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，在G極的表面將積累正電荷，同時(shí)，吸引P區(qū)的電子到表面，將P區(qū)表面空穴中和，在柵極下面形成耗盡層，如圖5示。隨著G極的電壓提高，柵極表面正電荷增強(qiáng)，進(jìn)一步吸引P區(qū)電子到表面，這樣，在G極下面的P型的溝道區(qū)中，積累負(fù)電荷，形成N型的反型層，同時(shí)，由于更多負(fù)電荷在P型表面積累，一些負(fù)電荷將擴(kuò)散進(jìn)入原來(lái)完全耗盡的垂直的 N+，橫向的耗盡層越來(lái)越減小，橫向的電場(chǎng)也越來(lái)越小。G極的電壓進(jìn)一步提高，P區(qū)更寬范圍形成N型的反型層，最后，N+區(qū)域回到原來(lái)的高滲雜的狀態(tài)，這樣，就形成的低導(dǎo)通電阻的電流路徑，如圖5（c）所示。

圖5：超結(jié)型導(dǎo)通過(guò)程

另外還有一種介于平面和超結(jié)型結(jié)構(gòu)中間的類(lèi)型，是AOS開(kāi)發(fā)的一種專(zhuān)利結(jié)構(gòu)，雖然電流密度低于超結(jié)型，但抗大電流沖擊能力非常優(yōu)異。

圖6：介于平面和超結(jié)型結(jié)構(gòu)中間的類(lèi)型

超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)是高壓MOSFET技術(shù)的重大發(fā)展并具有顯著優(yōu)點(diǎn)，其RDS（on）、柵極容值和輸出電荷以及管芯尺寸同時(shí)得到降低。為充分利用這些快速和高效器件，設(shè)計(jì)工程師需要非常注意其系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別是減小PCB寄生效應(yīng)。超結(jié)MOS管產(chǎn)品主要有以下幾種應(yīng)用：1）電腦、服務(wù)器的電源——更低的功率損耗；2）適配器（筆記本電腦，打印機(jī)等）——更輕、更便捷；3）照明（HID燈，工業(yè)照明，道路照明等）——更高的功率轉(zhuǎn)換效率；4）消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品（液晶電視，等離子電視等）——更輕、更薄、更高能效。