COOLMOS與VDMOS的結構差異
 

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，稱為超結器件或COOLMOS，COOLMOS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，由於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(xing)層(ceng)的(de)摻(chan)雜(za)濃(nong)度(du)可(ke)以(yi)做(zuo)的(de)很(hen)高(gao)而(er)不(bu)會(hui)引(yin)起(qi)器(qi)件(jian)擊(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)的(de)下(xia)降(jiang)。導(dao)通(tong)時(shi)
，這(zhe)種(zhong)高(gao)濃(nong)度(du)的(de)摻(chan)雜(za)可(ke)以(yi)使(shi)其(qi)導(dao)通(tong)電(dian)阻(zu)顯(xian)著(zhu)下(xia)降(jiang)，大(da)約(yue)有(you)兩(liang)個(ge)數(shu)量(liang)級(ji)。因(yin)為(wei)這(zhe)種(zhong)特(te)殊(shu)的(de)結(jie)構(gou)，使(shi)得(de)COOLMOS的性能優於傳統的VDMOS.
 

 

對於常規VDMOS器件結構， Rdson與BV這一對矛盾關係，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。所以對於普通VDMOS
，兩者矛盾不可調和，這就是常規VDMOS的局限性。 但是對於COOLMOS，這個矛盾就不那麼明顯了。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。對於常規VDMOS，反向耐壓，主要靠的是N型EPI與body區界麵的PN結，對於一個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麵積。

常規VDSMO
，P body濃度要大於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結麵
，電場強度E越大。對於COOLMOS結構
，由於設置了相對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，並且這個區域深入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由靠近器件表麵，向器件內部深入的區域移動了。
 

COOLMOS係統應用可能會出現的問題
 

1、EMI可能超標。
由於SJ-MOS擁有較小的寄生電容，造就了超級結MOSFET具有極快的開關特性。因為這種快速開關特性伴有極高的dv/dt和di/dt，會通過器件和印刷電路板中的寄生元件而影響開關性能。對於在現代高頻開關電源來說

，使用了超級結MOSFET
，EMI幹擾肯定會變大，對於本身設計餘量比較小的電源板，在SJ-MOS在替換VDMOS的過程中肯定會出現EMI超標的情況。

2、柵極震蕩。
功率MOSFET的引線電感和寄生電容引起的柵極振鈴
，由於超級結MOSFET具有較高的開關dv/dt。其震蕩現象會更加突出。這種震蕩在啟動狀態、過載狀況和MOSFET並聯工作時，會發生嚴重問題
，導致MOSFET失效的可能。

3、抗浪湧及耐壓能力差。
由於SJ-MOS的結構原因
，很多廠商的SJ-MOS在實際應用推廣替代VDMOS的de過guo程cheng中zhong，基ji本ben都dou出chu現xian過guo浪lang湧yong及ji耐nai壓ya測ce試shi不bu合he格ge的de情qing況kuang。這zhe種zhong情qing況kuang在zai通tong信xin電dian源yuan及ji雷lei擊ji要yao求qiu較jiao高gao的de電dian源yuan產chan品pin上shang，表biao現xian的de更geng為wei突tu出chu。這zhe點dian必bi須xu引yin起qi我wo們men的de注zhu意yi。

4、漏源極電壓尖峰比較大。
MOSFET目前使用的客戶主要是反激的電路拓撲
，由於本身電路的原因
，變壓器的漏感
、散熱器接地、以及電源地線的處理等問題，不可避免的要在MOSFET上產生相應的電壓尖峰。針對這樣的問題
，反激電源大多選用RCD SUNBER電路進行吸收。由於SJ-MOS擁有較快的開關速度，勢必會造成更高的VDS尖峰。如果反壓設計餘量太小及漏感過大，更換SJ-MOS後，極有可能出現VD尖峰失效問題。

5、紋波噪音差。
由於SJ-MOS擁有較高的dv/dt和di/dt，必然會將MOSFET的尖峰通過變壓器耦合到次級，直接造成輸出的電壓及電流的紋波增加。甚至造成電容的溫升失效問題的產生。

COOLMOS在電源上應用的優點總結
 

1、通態阻抗小，通態損耗小。
由於SJ-MOS的Rdson遠遠低於VDMOS，在係統電源類產品中SJ-MOS的導通損耗必然較之VDMOS要減少的多。其大大提高了係統產品上麵的單體MOSFET的導通損耗，提高了係統產品的效率，SJ-MOS的這個優點在大功率、大電流類的電源產品產品上，優勢表現的尤為突出。

2、同等功率規格下封裝小，有利於功率密度的提高。
首先
，同等電流以及電壓規格條件下
，SJ-MOS的晶源麵積要小於VDMOS工藝的晶源麵積

，這樣作為MOS的廠家，對於同一規格的產品，可以封裝出來體積相對較小的產品
，有利於電源係統功率密度的提高。
 

其次，由於SJ-MOS的導通損耗的降低從而降低了電源類產品的損耗，因為這些損耗都是以熱量的形式散發出去，我們在實際中往往會增加散熱器來降低MOS單體的溫升
，使其保證在合適的溫度範圍內。由於SJ-MOS可以有效的減少發熱量
，減小了散熱器的體積，對於一些功率稍低的電源，甚至使用SJ-MOS後可以將散熱器徹底拿掉。有效的提高了係統電源類產品的功率密度。

3、柵電荷小

，對電路的驅動能力要求降低。
傳統VDMOS的柵電荷相對較大，我們在實際應用中經常會遇到由於IC的驅動能力不足造成的溫升問題
，部分產品在電路設計中為了增加IC的驅動能力，確保MOSFET的快速導通，我們不得不增加推挽或其它類型的驅動電路
，從而增加了電路的複雜性。SJ-MOS的柵電容相對比較小



，這樣就可以降低其對驅動能力的要求，提高了係統產品的可靠性。

4、節電容小，開關速度加快，開關損耗小。
由於SJ-MOS結構的改變，其輸出的節電容也有較大的降低，從而降低了其導通及關斷過程中的損耗。

同時由於SJ-MOS柵電容也有了響應的減小，電容充電時間變短，大大的提高了SJ-MOS的(de)開(kai)關(guan)速(su)度(du)。對(dui)於(yu)頻(pin)率(lv)固(gu)定(ding)的(de)電(dian)源(yuan)來(lai)說(shuo)，可(ke)以(yi)有(you)效(xiao)的(de)降(jiang)低(di)其(qi)開(kai)通(tong)及(ji)關(guan)斷(duan)損(sun)耗(hao)。提(ti)高(gao)整(zheng)個(ge)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)的(de)效(xiao)率(lv)。這(zhe)一(yi)點(dian)尤(you)其(qi)在(zai)頻(pin)率(lv)相(xiang)對(dui)較(jiao)高(gao)的(de)電(dian)源(yuan)上(shang)，效(xiao)果(guo)更(geng)加(jia)明(ming)顯(xian)。

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