VDMOS技術(shù)概述和特點(diǎn)

以下文章來(lái)源于學(xué)習(xí)那些事，作者fastwriter

在過(guò)去的二十年間，MOSFET作為開(kāi)關(guān)器件發(fā)展迅速。然而，由于MOSFET的通態(tài)功耗較高，導(dǎo)通電阻受擊穿電壓限制而存在一個(gè)極限，被稱為“硅極限”。為了突破這一限制，研發(fā)人員便引入了一種新型的半導(dǎo)體工藝——垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體（VDMOS）。

VDMOS技術(shù)概述

VDMOS是一種被廣泛應(yīng)用的新型功率半導(dǎo)體器件。以常規(guī)VDMOS為基礎(chǔ)，研發(fā)者引入了超結(jié)構(gòu)，使得VDMOS不僅具有輸入阻抗高、開(kāi)關(guān)速度快、工作頻率高、電壓控制、熱穩(wěn)定性好、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等特性，還去除了VDMOS導(dǎo)通電阻隨擊穿電壓急劇增大的缺點(diǎn)，從而顯著提升了系統(tǒng)效率。

目前，這種技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦、照明等消費(fèi)電子產(chǎn)品，以及服務(wù)器電源、通訊電源等工業(yè)電子領(lǐng)域，甚至還廣泛應(yīng)用于汽車電子領(lǐng)域的充電樁和車載充電器。

超結(jié)構(gòu)VDMOS的特點(diǎn)

在這種超結(jié)構(gòu)VDMOS中，耐壓層由交替的高摻雜N柱和P柱構(gòu)成，其中N柱和P柱中的摻雜總量相等。在導(dǎo)通狀態(tài)下，電流從源極經(jīng)由N柱流到漏極，而P柱內(nèi)部則不存在導(dǎo)電通道。在阻斷狀態(tài)下，超結(jié)VDMOS的漂移區(qū)通過(guò)P柱的輔助耗盡作用在較低漏電壓下就完全耗盡。

由于這種完全耗盡，P柱與N柱中等量的異種電荷相互抵消，實(shí)現(xiàn)了電荷平衡。這樣，電場(chǎng)在漂移區(qū)中處處相等，使擊穿電壓近似于臨界電場(chǎng)與漂移區(qū)厚度的乘積，從而使得超結(jié)VDMOS的特征導(dǎo)通電阻與其擊穿電壓呈近似線性關(guān)系（1.32方甚至到1.03方），而不是傳統(tǒng)的2.5方關(guān)系，這使得我們可以進(jìn)一步減小導(dǎo)通電阻。

超結(jié)實(shí)現(xiàn)工藝

要實(shí)現(xiàn)超結(jié)結(jié)構(gòu)，我們主要有兩種工藝：多次外延工藝和深槽刻蝕加摻雜。多次外延工藝是在N型襯底上多次生長(zhǎng)外延區(qū)，并在每次外延后都進(jìn)行P型離子注入，并推結(jié)形成連續(xù)的P柱。

雖然這種方法可以形成具有良好晶格質(zhì)量的超結(jié)耐壓層，并且缺陷和界面態(tài)較少，但是如果需要形成較好的超結(jié)形貌，每次外延層的厚度必須相對(duì)固定且較薄，這樣，隨著器件耐壓增大，外延次數(shù)也會(huì)增大，從而使得成本增加。

相比之下，深槽刻蝕加摻雜則是在外延層上刻蝕出深溝槽，然后再對(duì)槽進(jìn)行內(nèi)部摻雜。這種工藝有三種常見(jiàn)的摻雜方式，包括外延填充、斜角注入摻雜和氣相摻雜。

這種工藝實(shí)現(xiàn)的超結(jié)耐壓區(qū)相比多次外延工藝更能實(shí)現(xiàn)較小的深寬比，同時(shí)形成的超結(jié)區(qū)摻雜分布也較均勻，有利于降低導(dǎo)通電阻。

應(yīng)用前景與挑戰(zhàn)

總的來(lái)說(shuō)，無(wú)論是多次外延工藝，還是深槽刻蝕加摻雜，都為我們提供了實(shí)現(xiàn)超結(jié)VDMOS的可能。這種技術(shù)為電子產(chǎn)品提供了巨大的效率，已被廣泛應(yīng)用，并展現(xiàn)出大量的潛力。

隨著研發(fā)人員對(duì)這一技術(shù)的進(jìn)一步探索和改進(jìn)，我們有理由相信，這種超結(jié)VDMOS技術(shù)的應(yīng)用會(huì)更加廣泛，其效益也將更加顯著。對(duì)于消費(fèi)者和工業(yè)用戶來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是一種值得期待的發(fā)展。