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Si功率元件

Si電晶體

超接合面MOSFET

從本篇開始,介紹近年來MOSFET中的高耐壓MOSFET的代表超接合面MOSFET。

功率電晶體的特長與定位
首先來看近年來的主要功率電晶體Si-MOSFET、IGBT、SiC-MOSFET的功率與頻率範圍。因為接下來的幾篇將談超接合面MOSFET相對的話題,因此希望在理解Si-MOSFET的定位的基礎上,根據其特長和特性對使用區分有個初步印象。

下圖表示處理各功率電晶體的功率與頻率範圍。可以看出,Si-MOSFET在這個比較中,導通電阻與耐壓略遜於IGBT和SiC-MOSFET,但在低~中功率條件下,高速工作表現更佳。

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平面MOSFET與超接合面MOSFET
Si-MOSFET根據製造製程可分為平面MOSFET和超接合面MOSFET。簡而言之,就是在功率電晶體的範圍,為超越平面結構的極限而研發的就是超接合面結構。

如下圖所示,平面結構是平面性地構成電晶體。這種結構當耐壓提高時,漂移層會增厚,存在導通電阻增加的課題。而超接合面結構是排列多個垂直PN接面的結構,可保持耐壓的同時降低導通電阻RDS(ON)與閘極電荷量Qg。

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另外,內部二極體的反向電流irr和反向恢復時間trr是作為電晶體的關斷開關特性的探討專案。如下面的波形圖所示,基本上超接合面MOSFET的PN接面面積比平面MOSFET大,因此與平面MOSFET相比,具有trr速度更快、但irr較多的特性。

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這種特性作為超接合面MOSFET的課題在不斷改善,因其高速性和低雜訊特長,超接合面MOSFET有一些變化。從下篇開始,將介紹每種變化的特長。

重點:

・Si-MOSFET的產品定位是“以低~中功率高速工作”。

・超接合面結構可保持耐壓的同時,降低導通電阻RDS(ON)與閘極電荷量Qg。

・超接合面MOSFET與平面MOSFET相比,具有trr速度更快、irr更大的特性。


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