五位工程师谈中等功率器件新产品

第三篇 实现650V高耐压、低导通电阻、高速开关的Super Junction MOSFET

大家好!我是ROHM的小野寺,负责高耐压MOSFET的新产品开发工作。在这里我想和大家聊聊我们新开发的高耐压超级结MOSFET。

先简单介绍一下高耐压MOSFET。ROHM将漏极-源极间耐电 500V~900V的MOSFET归类为“高耐压MOSFET”。高耐压MOSFET主要被用作家电、电脑等各种电器的电源电路中的开关器件,以及冰箱、洗衣机、空调等的逆变电路中的开关器件,它是开关方式功率转换电路中的关键器件,可以说对于近年来的节能省电需求来说,是不可或缺的产品。

ROHM此次新开发的是“R65xxKNX3系列”,是650V耐压的超级结MOSFET。封装形式采用的是功率MOSFET的标准封装TO-220AB。TO-220AB封装因为载有芯片的金属焊盘(散热片)裸露在封装背面而具有出色的散热性能,因此适用于大功率电源应用(例如发热量较大的服务器电源)。

图1.TO-220AB封装
图1.TO-220AB封装

R65xxKNX3系列的特点是耐压能力高达650V,而且具有低导通电阻和高速开关特性。这得益于该系列采用了超结结构。像MOSFET这样的分立器件是器件单体,所以其工艺和结构将直接决定其性能,是非常关键的因素。关于器件的工艺和结构,我将用图片来介绍其关键要点。

图2左侧是以往产品采用的平面结构,右侧是本次新产品采用的超结结构。

图2.平面结构(左)和超结结构(右)
图2.平面结构(左)和超结结构(右)

下面,从图3可以看出对这两种器件施加电压时耗尽层的扩宽差异。耗尽层与耐压能力有很大关系。

图3.平面结构(左)和超结结构(右)的耗尽层扩宽差异
图3.平面结构(左)和超结结构(右)的耗尽层扩宽差异

对于平面结构而言,当施加电压时耗尽层会在深度方向上展宽,因此如果为了降低导通电阻而增加杂质浓度,耗尽层的宽度会变窄,从而无法保持耐压能力。而对于超结结构而言,P层呈柱状排列在N层(漂移层)上,因此当施加电压时,耗尽层会横向扩宽,可形成柱状P层(称为“P柱”)深度量的耗尽层。因此,即使为了降低导通电阻而增加漂移层的杂质浓度,也可保持耐压能力,所以能够同时实现高耐压和低导通电阻。

另外,与平面结构相比,超结结构的电容更低,可减少开关损耗。

下面我再为大家介绍一下实际的产品阵容。目前产品阵容中有导通电阻98mΩ~280mΩ(Typ.)的5个型号,可根据各种应用的具体需求选用。(单击表内各产品型号,即可跳转至相应产品的详细信息页面。)

最后我们来了解一下未来的计划。在刚刚推出新系列产品之际,我们已经在开发下一代新产品了。下一代产品致力于实现更低的导通电阻,目标是将单位芯片面积的导通电阻降低40%。要保护地球环境就需要节能和提高效率,正如我在本文开头所提到的,提高开关器件的性能正是其中非常重要的一环。

好了,本文就到这里,下一篇再见。

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第3回 650V高耐圧で低オン抵抗と高速スイッチングを実現したスーパージャンクションMOSFET

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