英飞凌公司Gerald Deboy Fanny Dahlquist Uwe Wah
　　
　　前言
　　


　　
　　CoolMOS CS系列“超级结”MOSFET器件高压设备的成功是基于1 9 9 8年英飞凌公司推出的CoolMOS技术。这些器件的优越性能实现了区域导通电阻的大幅度降低。为了防止过早的电压击穿，载流子得到了相邻漂移区内p一区的补偿。P一区与导电n一区紧密封闭在一起。在阻断状态下，这些相邻的n一区域和p一区域通过移动载流子相互耗尽。“超级结”技术的名称是从融合的PN结结构产生的三维表面得来的。这一原理为客户创造了无与伦比的MOSFET性能。
　　
　　器件特点
　　
　　图1对当今T0220封装中几种器件的导通电阻值进行了比较。传统MOSFET受到所谓的硅极限的限制。“超级结”原理可以让英飞凌最新技术将标准T0220封装中的导通电阻大幅度削减至99 m。区域导通电阻与传统MOSFET相比降低了5倍多。
　　换句话说，在这种技术下，给定导通电阻所需要的芯片尺寸是传统功率MOSFET技术所需尺寸的1／5。大幅度的芯片尺寸缩小与设备电容的减少一致，后者是快速开关的关键。将这些低电容与高速栅信号扩展结合在一起，我们保证所有的MOS单元可以同时开关。可以通过常用方法，即设置一个合适的栅电阻值，来实现开关速度控制。
　　通过提高掺杂水平来降低导通电阻，通常不支持低栅电荷。这个矛盾是通过新的栅结构解决的，使栅漏电荷比前一代技术要低3倍。这实现了世界上最低记录的FoM(R。×Qg)值，而且栅漏、栅源电荷比值Qgd，Qgs小于1．5，这是非常有利的结果。
　　图2显示了图1中器件的FoM(R。×Q。)值比较，我们最新系列产品显示的是5wnc，不到传统MOSFET值的1／10。
　　显然，非常低的FoM代表低导电损耗和更便捷的驱动。 开关损耗中第二个要考虑的影响是输出电容中储存的能量E＝J Coss·u·du。这些能量在硬开关启动后转换成热能。
　　由于输出电容很强的非线性电压依赖，这里的页“超级结”器件可以实现非常好的性能。使用高性能输出电容C_oss(er)。它在提供输出电容中同等储存能量的同时，能够使电压升高到最高击穿电压的80％，我们可以得到另外一个优值C_oss(er)×R_Dson。CS系列器件在这里设置了12．9Ohm乘pF的基准。
　　
　　


　　应用结果
　　
　　我们在600V宽电压输入范围的升压型PFC拓扑中以130kHz频率进行了测试，对CS系列器件与竞争性产品进行了比较。测试中使用了碳化硅肖特基二极管作为升压二级管。由于输入电压的范围宽以及硬开关的性质，PFC升压能很好地测试导电与开关损耗。为了使对比尽量公平，我们选择了导通。
　　图3展示了每款产品实现的效率。使用CoolMOS CS系列晶体管后，PFC效率比CoolMOS C3要高0．2％，比其他竞争对手要高约0．5％。这些改进主要是因为这款产品非常快的开关速度(所有器件都使用了同一个栅极驱动电阻)以及储存在输出电容中更低的能量。