超结层增强的低阻抗集成功率MOSFET创新设计

本文介绍了一种创新的低比导通电阻（Specific on-resistance, Ron,sp）集成功率金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET），其主要特点是采用了表面改良的超结（Surface Improved Super-Junction, SISJ）层。在该设计中，作者将超结层应用于漂移区表面，通过巧妙地将超结层中的P柱（即P型杂质区域）分为两个部分，分别具有不同的掺杂浓度。 首先，超结层的引入导致了多方向耗尽效应（Multiple-direction Depletion Effect）。这种效应增强了漂移区的掺杂浓度，从而提高了器件的性能。这意味着SISJ LDMOS（Low-Diffusion MOSFET，一种低扩散型MOSFET）的导电性得到了显著提升，有利于降低功耗和改善开关速度。 其次，超结层的特性使得在表面路径上实现了低导通电阻，这对于提高MOSFET的效率至关重要。这种设计优化了器件内部的电场分布，使得击穿电压（Breakdown Voltage, BV）得以提升。通过调控P柱掺杂浓度的变化，可以精确调整表面电场的峰值，进而实现更高的电压处理能力，同时在保持相同击穿电压水平下，减小了器件间的间距，进一步减小了Ron,sp值。 在具体数据方面，与传统的横向双扩散MOSFET（LDMOS）相比，SISJ LDMOS在BV=230V时的Ron,sp为10.2mΩ·cm²，相比于传统器件，其比导通电阻降低了37%。这一显著的性能改进使得SISJ LDMOS成为功率集成电路应用中具有竞争力的选择，尤其是在需要高效能和小型化设计的场合。 此外，由于SISJ层的深度相对较浅，这种新型MOSFET的设计与现有的CMOS技术兼容，这意味着它可以在无需大幅改变现有制造流程的情况下，被广泛集成到现有的芯片中，为系统级集成提供更大的灵活性。 总结来说，本文提出并详细阐述了一种利用表面改良超结层的低比导通电阻MOSFET，通过优化多方向耗尽效应、电场分布和结构设计，实现了显著的性能提升，对于推动功率电子器件的发展具有重要意义。