新型MOSFET滿足高速開關等三大關鍵性能

在LCD-TV領域，為了減小電壓轉(zhuǎn)換時的電力損耗和顯示屏電力損耗，已經(jīng)采用了“直流變頻方式”這種新的電源方式。這是一種將通常進行AC/DC轉(zhuǎn)換降壓后聯(lián)接變頻電路的地方從PFC直接輸入電壓通過高耐壓MOSFET使其進行變頻動作的電路方式。

在太陽能電池的領域里，將太陽光的能量轉(zhuǎn)變成DC電壓之后，在轉(zhuǎn)換到商業(yè)用AC線路時的變頻電路中使用了高耐壓設備以減小電能損耗。

在這兩個領域中，對高耐壓MOSFET有更新的性能要求：低導通電阻，給高速開關配置高速Trr(反向恢復時間)。

用于平板電視的直流變頻方式的MOSFET，由于開關頻率約為60KHz，與電機等相比較快，所以開關時的電能損耗受到重視。

一般情況下，會在MOSFET的漏極/源極之間并列使用快速恢復二極管(FRD)，但是，如果MOSFET的Trr較快，就無需使用RFD(圖1)。因此，要求高耐壓MOSFET具有高速開關和高速Trr的性能。

在太陽能電池、電力調(diào)節(jié)器內(nèi)的變頻電路，由于要通過20A以上的大電流，目前多會使用IGBT。IGBT在大電流領域里顯示出較低的飽和電壓，但由于在結(jié)構(gòu)上與MOSFET不同，沒有內(nèi)置二極管，所以必須配置外置FRD。但如果MOSFET的Trr較快，這個FRD可以省掉(圖1)。因此，要求高耐壓MOSFET具有IGBT飽和電壓以下的低導通電阻和高速Trr的性能。

圖1

在這樣的環(huán)境下，ROHM公司開發(fā)出了能夠滿足這些市場要求的"PrestoMOSTM "系列。(Presto是意大利語，表示"極快"的音樂術(shù)語。)

通過提高Super Junction MOS的性能，在上述的“高速開關”、“低導通電阻”、“高速Trr”等3個要求的性能中，“高速開關”和“低導通電阻”這兩個性能在特定的電流范圍內(nèi)陸續(xù)獲得成功。

與傳統(tǒng)的平板結(jié)構(gòu)MOSFET相比，Super Junction結(jié)構(gòu)在n-晶膜層上周期性地布置了被稱為柱的柱狀P型區(qū)域。在漏極/源極之間輸入逆向偏壓的時候，可以在電流路徑的n-層的濃度較濃狀態(tài)下保持高耐壓，與平板MOS相比，可以獲得低導通電阻和高速開關。

然而，與平板MOS相比，P型柱結(jié)構(gòu)的Trr較慢，一般來說，被稱作FRD內(nèi)置型的Trr高速化技術(shù)沒有獲得成功。

而目前ROHM公司通過確立局部陷阱能級方法，在Super Junction MOS的Trr高速化上獲得了成功(圖2)。“PrestoMOSTM”系列在直流變頻產(chǎn)品中，計劃將500V、600V級別的8A～11A的產(chǎn)品分別擴充增加67～85ns的Trr；在太陽能電池電力調(diào)節(jié)器的產(chǎn)品中，計劃將600V / 20A～45A系列產(chǎn)品擴充增加100～150ns的Trr。

與傳統(tǒng)產(chǎn)品的反向恢復時間(Trr)的比較。