根据超级结技能的功率MOSFET已成为高压开关转化器
范畴的业界标准。它们供给更低的RDS(on)，一起具有更少的栅极和和输出电荷，这有助于在恣意给定频率下坚持更高的功率。在超级结MOSFET呈现之前，高压器材的首要规划渠道是根据平面技能。这个时分，有心急的网友就该问了，超级结究竟是何种技能，差异于平面技能，它的优势在哪里?各位客官莫急，看完这篇文章你就懂了!
平面式高压MOSFET的结构
图1显现了一种传统平面式高压MOSFET的简略结构。平面式MOSFET一般具有高单位芯片面积漏源导通电阻，并随同相对更高的漏源电阻。运用高单元密度和大管芯尺度可完成较低的RDS(on)值。但大单元密度和管芯尺度还随同高栅极和输出电荷，这会添加开关损耗和本钱。别的还存在关于总硅片电阻能够到达多低的约束。器材的总RDS(on)可表示为通道、epi和衬底三个重量之和：
RDS(on) = Rch + Repi + Rsub
图1：传统平面式MOSFET结构
图2显现平面式MOSFET情况下构成RDS(on) 的各个重量。关于低压MOSFET，三个重量是类似的。但跟着额外电压添加，外延层需求更厚和更轻掺杂，以阻断高压。额外电压每添加一倍，保持相同的RDS(on)所需的面积就添加为本来的五倍以上。关于额外电压为600V的MOSFET，超越95%的电阻来自外延层。明显，要想明显减小RDS(on)的值，就需求找到一种对漂移区进行重掺杂的办法，并大幅减小epi电阻。
图2：平面式MOSFET的电阻性元件
一般，高压的功率MOSFET选用平面型结构，其间，厚的低掺杂的N-的外延层，即epi层，用来确保具有满足的击穿电压，低掺杂的N-的epi层的尺度越厚，耐压的额外值越大，可是其导通电阻也急剧的增大。导通电阻随电压以2.4-2.6次方添加，这样，就下降的电流的额外值。为了得到必定的导通电阻值，就必须增大硅片的面积，本钱随之添加。假如类似于IGBT引进少量载流子导电，能够下降导通压降，可是少量载流子的引进会下降作业的开关频率，并发生关断的电流拖尾，然后添加开关损耗。
超级结MOSFET的结构
高压的功率MOSFET的外延层对总的导通电阻起主导作用，要想确保高压的功率MOSFET具有满足的击穿电压，一起，下降导通电阻，最直观的办法便是：在器材关断时，让低掺杂的外延层确保要求的耐压等级，一起，在器材导通时，构成一个高掺杂N+区，作为功率MOSFET导通时的电流通路，也便是将反向阻断电压与导通电阻功用分隔，别离规划在不同的区域，就能够完成上述的要求。
根据超结SuperJunction的内建横向电场的高压功率MOSFET便是根本这种主意规划出的一种新式器材。内建横向电场的高压MOSFET的剖面结构及高阻断电压低导通电阻的示意图如图3所示。英飞凌最先将这种结构出产出来，并为这种结构的MOSFET规划了一种商标CoolMOS，这种结构从学术上来说，一般称为超结型功率MOSFET。
图3：内建横向电场的SuperJunction结构
笔直导电N+区夹在两头的P区中心，当MOS关断时，构成两个反向偏置的PN结：P和笔直导电N+、P+和外延epi层N-。栅极下面的的P区不能构成反型层发生导电沟道，P和笔直导电N+构成PN结反向偏置，PN结耗尽层增大，并树立横向水平电场;一起，P+和外延层N-构成PN结也是反向偏置形，发生宽的耗尽层，并树立笔直电场。因为笔直导电N+区掺杂浓度高于外延区N-的掺杂浓度，并且笔直导电N+区两头都发生横向水平电场，这样笔直导电的N+区整个区域根本上全部都变成耗尽层，即由N+变为N-，这样的耗尽层具有十分高的纵向的阻断电压，因而，器材的耐压就取决于高掺杂P+区与低掺杂外延层N-区的耐压。
当MOS导通时，栅极和源极的电场将栅极下的P区反型，在栅极下面的P区发生N型导电沟道，一起，源极区的电子经过导电沟道进入笔直的N+区，中和N+区的正电荷空穴，然后康复被耗尽的N+型特性，因而导电沟道构成，笔直N+区掺杂浓度高，具有较低的电阻率，因而导通电阻低。
比较平面结构和沟槽结构的功率MOSFET，能够发现，超结型结构实践是归纳了平面型和沟槽型结构两者的特色，是在平面型结构中开一个低阻抗电流通路的沟槽，因而具有平面型结构的高耐压和沟槽型结构低电阻的特性。
内建横向电场的高压超结型结构与平面型结构相比较，相同面积的硅片能够规划更低的导通电阻，因而具有更大的额外电流值和雪崩能量。因为要开出N+沟槽，它的出产工艺比较复杂，现在N+沟槽首要有两种办法直接制造：经过一层一层的外延成长得到N+沟槽和直接开沟槽。前者工艺相对的简单操控，但工艺的程序多，本钱高;后者本钱低，但不简单确保沟槽内功能的一致性。
超结型结构的作业原理
1、关断状况
从图4中能够看到，笔直导电N+区夹在两头的P区中心，当MOS关断时，也便是G极的电压为0时，横向构成两个反向偏置的PN结：P和笔直导电N+、P+和外延epi层N-。栅极下面的的P区不能构成反型层发生导电沟道，左面P和中心笔直导电N+构成PN结反向偏置，右边P和中心笔直导电N+构成PN结反向偏置，PN结耗尽层增大，并树立横向水平电场。
当中心的N+的渗杂浓度和宽度操控得适宜，就能够将中心的N+彻底耗尽，如图4(b)所示，这样在中心的N+就没有自由电荷，相当于本征半导体，中心的横向电场极高，只要外部电压大于内部的横向电场，才干将此区域击穿，所以，这个区域的耐压极高，远大于外延层的耐压，功率MOSFET管的耐压首要由外延层来决议。
图4：横向电场及耗尽层
留意到，P+和外延层N-构成PN结也是反向偏置形，有利于发生更宽的耗尽层，添加笔直电场。
2、注册状况
当G极加上驱动电压时，在G极的外表将堆集正电荷，一起，招引P区的电子到外表，将P区外表空穴中和，在栅极下面构成耗尽层，如图5示。跟着G极的电压进步，栅极外表正电荷增强，进一步招引P区电子到外表，这样，在G极下面的P型的沟道区中，堆集负电荷，构成N型的反型层，一起，因为更多负电荷在P型外表堆集，一些负电荷将分散进入本来彻底耗尽的笔直的 N+，横向的耗尽层越来越减小，横向的电场也越来越小。G极的电压进一步进步，P区更宽规模构成N型的反型层，最终，N+区域回到本来的高渗杂的状况，这样，就构成的低导通电阻的电流途径，如图5(c)所示。
图5：超结型导经进程
别的还有一种介于平面和超结型结构中心的类型，是AOS开发的一种专利结构，尽管电流密度低于超结型，但抗大电流冲击才能十分优异。
图6：介于平面和超结型结构中心的类型
超级结结构是高压MOSFET技能的严重开展并具有明显长处，其RDS(on)、栅极容值和输出电荷以及管芯尺度一起得到下降。为充分利用这些快速和高效器材，规划工程师需求十分留意其体系规划，特别是减小PCB寄生效应。超结MOS管产品首要有以下几种使用：1)电脑、服务器的电源——更低的功率损耗;2)适配器(笔记本电脑，打印机等)——更轻、更快捷;3)照明(HID灯，工业照明，路途照明等)——更高的功率转化功率;4)消费类电子产品(液晶电视，等离子电视等)——更轻、更薄、更高能效。
