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最新平面型功率MOSFET系列UniFET II MOSFET问世
 

【作者: Jae-Eul Yeon】2013年08月19日 星期一

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高电压功率 MOSFET 一般分为两大类: 超接面(SJ : Super Juction)MOSFET 和平面型 MOSFET。由于其电荷平衡结构和更小的输入栅极电荷(Qg),SJ MOSFET具有比平面型 MOSFET 更低的导通电阻(RDS(on))和更快的开关性能。 产品的这两个参数(Qg*RDS(on))被作为组件的质量因子(FOM)。 另外,SJ MOSFET 的体二极管的反向恢复性能优于平面型 MOSFET。


然而,SJ MOSFET需要一个更加复杂和昂贵的磊晶制程,并且由于多磊晶层结构使得深寿命控制较困难,改善其体二极管性能受限。另一方面,平面型 MOSFET 可以只由一个单一的磊晶层制作而成,所以较容易实现深寿命控制。 因此,能够大幅度提高平面型 MOSFET二极管的反向恢复性能,从而防止 MOSFET 失效。


最近,快捷半导体开发了UniFETTM II MOSFET 技术,透过优化活跃Cell结构提高了磊晶层的崩溃电压(厚度及电阻率)。 因此,在同一额定崩溃电压下,新 MOSFET 技术的FOM 优于传统 MOSFET 技术——其Qg*RDS(on) 是传统平面型 MOSFET 的一半左右。 另外,新技术还采用了寿命控制制程,从而可以提高dv/dt强度和体二极管的反向恢复性能。



图一 : Trr及RDS(on) 随寿命控制变化趋势图
图一 : Trr及RDS(on) 随寿命控制变化趋势图

寿命控制是一个在硅能带的导带和价带之间形成深陷阱能阶(trap level)的过程。陷阱能阶越深,电气载体的重组和再生越快。透过寿命控制,体-二极管的部分特性,如Trr、Qrr和Irr得到显著改善,而体-二极管的部分其他特性,如正向电压降(VF)和RDS(on)恶化。


经过极大改进的寿命控制制程使得UniFET II MOSFET具有更卓越的/dt特性和体二极管性能。图一显示了随寿命控制的浓集,RDS(on)与体二极管的反向恢复时间(Trr)之间的权衡关系。图一中,可以很明确地看出,更深的寿命控制形成更快的Trr特性,但是,寿命控制过度会造成RDS(on)的不良增量,而Trr的提高是渐进的。


根据寿命控制的浓度,可将UniFET II 组件分类为普通MOSFET、FRFETR MOSFET和Ultra FRFETTM MOSFET,它们的Trr分别为传统MOSFET的约70%、25%和15%。


UniFET II MOSFET技术 的寿命控制制程也提高了强健的体二极管dv/dt强度,从而提供更好的系统可靠性。 传统 MOSFET的保证dv/dt强度只有4.5V/nsec。 而普通 UniFET II MOSFET、UniFET II FRFET MOSFET和UniFET II Ultra FRFET MOSFET 的强度分别为10V/nsec、15V/nsec和20V/nsec。


透过优化的活跃Cell结构,UniFET II MOSFET的寄生电容也大幅降低,从而为高频率的开关操作提供了优势。在相同的RDS(on)下,UniFET II MOSFET的电容是传统平面型MOSFET电容的一半左右。 因此,UniFET II MOSFET有更好的开关性能并可以减少开关损耗。


图二中分别显示出了Eoff的特性随漏极-源极电压的变化情况及其效率比较结果。由于输出电容中存储的能量较低,UniFET II MOSFET 能够比竞争对手提供更低的开关损耗和更高的效率。



图二 : Eoff及其效率比较
图二 : Eoff及其效率比较

一般情况下,越小的芯片尺寸功率 MOSFET 具有越差的静电放电(ESD)抗扰度。 然而,UniFET II MOSFET透过闸极及源极电极之间的内部齐纳二极管保证了2kV的ESD级别。


图三中显示了 UniFET II MOSFET 订购系统,图四中列出了 UniFET II MOSFET 组件的系列产品。



图三 : UniFET II MOSFET 订购信息
图三 : UniFET II MOSFET 订购信息

图四 : UniFET II MOSFET组件阵容
图四 : UniFET II MOSFET组件阵容

结论

本文介绍了快捷半导体最新的平面型功率 MOSFET-UniFET II MOSFET,其透过提高崩溃电压和闸极电荷,可提供更好的质量因子(FOM)。在相同的RDS(on)下,UniFET II MOSFET 的电容是传统平面型 MOSFET的电容的一半左右。因此,UniFET II MOSFET有更好的开关性能并可以减少开关损耗。


UniFET II MOSFET 的dv/dt强度、反向恢复特性更卓越,如具有更快速的恢复时间、更小的反向恢复电流及更小的电荷。因此,它能够确保在 MOSFET 体二极管性能非常重要的开关逆变器应用中实现更佳的可靠性。


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