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deCOOLMOS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VDMOSdeguochengzhong


，jibendouchuxianguolangyongjinaiyaceshibuhegedeqingkuang。zhezhongqingkuangzaitongxindianyuanjileijiyaoqiujiaogaodedianyuanchanpinshang
，biaoxiandegengweituchu。zhedianbixuyinqiwomendezhuyi。

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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