【经验】以SGT LR018N10S10为例，说明如何降低导通电阻和寄生电容？

时间： 2023-10-08 来源：龙夏电子

技术问答

为了提高电源系统效率，降低导通损耗，使用低导通电阻沟槽结构功率MOSFET管，内部芯片面积就会增加；芯片面积增加，栅极和漏极面积都会增大，寄生电容Crss、输入电容Ciss和输出电容Coss都会增大，在高频工作时候，功率MOSFET管开关损耗、驱动损耗都会急剧增加。功率MOSFET管导通电阻RDS(on)和寄生电容是相互矛盾参数，为了减小导通电阻，就必须增加硅片面积；硅片面积增加，寄生电容就会增加，因此对于一定面积硅片，只有采用新工艺技术，才能减小寄生电容。

功率MOSFET管开关损耗主要与Crss、即漏极和栅极电荷Qgd相关，如果减小漏极和栅极相对区域产生的电荷，就可以减小电容Crss值。最为直接方法就是：在沟槽结构MOSFET管栅极沟槽最下面，也就是沟槽底部，引入一个低电位结构，这样，沟槽底部栅极氧化层外面N-外延层中，在反偏状态下，这种结构会辅助由P-Body和N-Epi构成PN结J1进行横向耗尽，形成电场强度更均匀分布耗尽层，从而实现更高击穿电压。这种结构栅漏电容Cgd大部分被转化为栅源电容Cgs，相当于降低漏极和栅极相对区域产生的电荷，从而极大减小寄生电容Crss值，提高功率MOSFET管开关速度。

将沟槽中填充多晶硅，分为上、下二部分，二部分之间用氧化层彼此隔离。下面部分连接到源极，上面部分连接到栅极，就可以实现上面结构和功能。这种结构在普通沟槽结构栅极与漏极之间加了一个屏蔽层，称为屏蔽栅技术Shielding Gate Technology，这种结构普通沟槽结构栅极分开为上、下二部分，也称为隔离栅技术Split Gate Technology。这种技术二种名称英文缩写相同，因此，统一称为SGT技术。

工艺设计时屏蔽栅可以使用上下结构，也可以使用左右结构。使用上下结构屏蔽栅单元尺寸（沟槽宽度）可以做的更小，主要用于低压功率MOSFET管；左右结构需要较宽沟槽，制作沟槽深度更深，电荷平衡效果更强，能够在更深区域提高电场，主要用于中压功率MOSFET管。

SGT结构功率MOSFET管极大降低漏极栅极米勒电容Crss（Cgd），减少开关过程中米勒平台持续时间，降低开关损耗，器件可以工作在更高频率。这种结构在沟槽底部栅极氧化层外面N-外延层中形成耗尽层，把附近N-外延层电场抬高，将普通沟槽结构N-外延层中三角形电场，变为梯形电场，从而大幅提高器件耐压。

N-外延层为低掺杂，P-体区为高掺杂，功率MOSFET管漏极和源极加上电压，产生耗尽层时，耗尽层在P区扩散距离非常小，在外延层N-区扩散距离大，因此，可以认为耗尽层基本在外延层N-区扩散，器件耐压主要由外延层N-区承受。PN结结合面处，电场强度最大，电场强度沿着外延层N-向着衬底方向逐渐降低，器件耐压就是电场强度对耗尽层长度积分，也就是耗尽层长度和对应电场强度的曲线所包围面积。

外延层厚度相同时，SGT结构功率MOSFET管内部为梯形电场，电场强度更高，耐压更高。对于相同耐压，SGT结构功率MOSFET管可以使用更薄外延层，外延层越薄，RDS(on)越低；更薄芯片更有利于内部沟道和外延层电阻产生热量传导出来，降低芯片热阻。目前，中、低压功率MOSFET管中，SGT技术取代沟槽结构，应用中占主导地位，实现开关电源和电力电子系统进一步向高频、高效率和高功率密度的技术方向发展和提高。

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LR016N08S10	MOSFET	MP	80	360	1.27	3	2704	1.8	14140	2259	61

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