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最新平面型功率MOSFET系列UniFET II MOSFET問世
 

【作者: Jae-Eul Yeon】   2013年08月19日 星期一

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高電壓功率 MOSFET 一般分為兩大類: 超接面(SJ : Super Juction)MOSFET 和平面型 MOSFET。由於其電荷平衡結構和更小的輸入柵極電荷(Qg),SJ MOSFET具有比平面型 MOSFET 更低的導通電阻(RDS(on))和更快的開關性能。 產品的這兩個參數(Qg*RDS(on))被作為元件的品質因數(FOM)。 另外,SJ MOSFET 的體二極體的反向恢復性能優於平面型 MOSFET。


然而,SJ MOSFET需要一個更加複雜和昂貴的磊晶製程,並且由於多磊晶層結構使得深壽命控制較困難,改善其體二極體性能受限。另一方面,平面型 MOSFET 可以只由一個單一的磊晶層製作而成,所以較容易實現深壽命控制。 因此,能夠大幅度提高平面型 MOSFET二極體的反向恢復性能,從而防止 MOSFET 失效。


最近,快捷半導體開發了UniFETTM II MOSFET技術,透過優化活躍Cell結構提高了磊晶層的崩潰電壓(厚度及電阻率)。因此,在同一額定崩潰電壓下,新 MOSFET 技術的FOM 優於傳統 MOSFET 技術——其Qg*RDS(on) 是傳統平面型 MOSFET 的一半左右。 另外,新技術還採用了壽命控制製程,從而可以提高dv/dt強度和體二極體的反向恢復性能。



圖一 :  Trr及RDS(on) 隨壽命控制變化趨勢圖
圖一 : Trr及RDS(on) 隨壽命控制變化趨勢圖

壽命控制是一個在矽能帶的導帶和價帶之間形成深陷阱能階(trap level)的過程。陷阱能階越深,電氣載體的重組和再生越快。透過壽命控制,體-二極體的部分特性,如Trr、Qrr和Irr得到顯著改善,而體-二極體的部分其他特性,如正向電壓降(VF)和RDS(on)惡化。


經過極大改進的壽命控制製程使得UniFET II MOSFET具有更卓越的/dt特性和體二極體性能。圖一顯示了隨壽命控制的濃集,RDS(on)與體二極體的反向恢復時間(Trr)之間的權衡關係。圖一中,可以很明確地看出,更深的壽命控制形成更快的Trr特性,但是,壽命控制過度會造成RDS(on)的不良增量,而Trr的提高是漸進的。


根據壽命控制的濃度,可將UniFET II 元件分類為普通MOSFET、FRFETR MOSFET和Ultra FRFETTM MOSFET,它們的Trr分別為傳統MOSFET的約70%、25%和15%。


UniFET II MOSFET技術 的壽命控制製程也提高了強健的體二極體dv/dt強度,從而提供更好的系統可靠性。傳統MOSFET的保證dv/dt強度只有4.5V/nsec。 而普通 UniFET II MOSFET、UniFET II FRFET MOSFET和UniFET II Ultra FRFET MOSFET 的強度分別為10V/nsec、15V/nsec和20V/nsec。


透過優化的活躍Cell結構,UniFET II MOSFET的寄生電容也大幅降低,從而為高頻率的開關操作提供了優勢。在相同的RDS(on)下,UniFET II MOSFET的電容是傳統平面型MOSFET電容的一半左右。 因此,UniFET II MOSFET有更好的開關性能並可以減少開關損耗。


圖二中分別顯示出了Eoff的特性隨漏極-源極電壓的變化情況及其效率比較結果。由於輸出電容中存儲的能量較低,UniFET II MOSFET 能夠比競爭對手提供更低的開關損耗和更高的效率。



圖二 :  Eoff及其效率比較
圖二 : Eoff及其效率比較

一般情況下,越小的晶片尺寸功率MOSFET具有越差的靜電放電(ESD)抗擾度。然而,UniFET II MOSFET透過閘極及源極電極之間的內部齊納二極體保證了2kV的ESD級別。


圖三中顯示了 UniFET II MOSFET 訂購系統,圖四中列出了 UniFET II MOSFET 元件的系列產品。



圖三 :  UniFET II MOSFET 訂購資訊
圖三 : UniFET II MOSFET 訂購資訊

圖四 :  UniFET II MOSFET元件陣容
圖四 : UniFET II MOSFET元件陣容

結論

本文介紹了快捷半導體最新的平面型功率 MOSFET-UniFET II MOSFET,其透過提高崩潰電壓和閘極電荷,可提供更好的品質因數(FOM)。在相同的RDS(on)下,UniFET II MOSFET 的電容是傳統平面型 MOSFET的電容的一半左右。因此,UniFET II MOSFET有更好的開關性能並可以減少開關損耗。


UniFET II MOSFET 的dv/dt強度、反向恢復特性更卓越,如具有更快速的恢復時間、更小的反向恢復電流及更小的電荷。因此,它能夠確保在 MOSFET 體二極體性能非常重要的開關逆變器應用中實現更佳的可靠性。


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