MOSFET大致可以分为以下几类:平面型MOSFET;Trench (沟槽型)MOSFET,主要用于低压领域;SGT(Shielded Gate Transistor,屏蔽栅沟槽)MOSFET,主要用于中压和低压领域;SJ-(超结)MOSFET,主要在高压领域应用。随着手机快充、电动汽车、无刷电机和锂电池的兴起,中压MOSFET的需求越来越大,中压功率器件开始蓬勃发展,因其巨大的市场份额,国内外诸多厂商在相应的新技术研发上不断加大投入。SGT MOSFET作为中MOSFET的代表,被作为开关器件广泛应用于电机驱动系统、逆变器系统及电源管理系统,是核心功率控制部件。SGT MOSFET结构具有电荷耦合效应,在传统沟槽MOSFET器件PN结垂直耗尽的基础上引入了水平耗尽,将器件电场由三角形分布改变为近似矩形分布,在采用同样掺杂浓度的外延材料规格情况下,器件可以获得更高的击穿电压。较深的沟槽深度,可以利用更多的硅体积来吸收EAS能量,所以SGT在雪崩时可以做得更好,更能承受雪崩击穿和浪涌电流。在开关电源,电机控制,动力电池系统等应用领域中,SGT MOSFET配合先进封装,非常有助于提高系统的效能和功率密度。
图1:Trench MOS和SGT MOS器件结构
SGT技术优势,具体体现:
优势1:提升功率密度
SGT结构相对传统的Trench结构,沟槽挖掘深度深3-5倍,可以横向使用更多的外延体积来阻止电压,显著降低了MOSFET器件的特征导通电阻(Specific Resistance),例如相同的封装外形PDFN5*6,采用SGT芯片技术,可以得到更低的导通电阻。
图2:Trench MOS和SGT MOS的特征电阻对比
图3:PDFN5*6封装的最小导通电阻对比
优势2:极低的开关损耗
SGT相对传统Trench结构,具有低Qg 的特点。屏蔽栅结构的引入,可以降低MOSFET的米勒电容CGD达10倍以上,有助于降低器件在开关电源应用中的开关损耗。另外,CGD/CGS的低比值也是目前同步整流应用中抑制shoot-through的关键指标,采用SGT结构,可以获得更低的CGD/CGS比值。
图4:Trench MOS和SGT MOS栅电荷对比
优势3:更好的EMI优势
SGT MOS结构中的内置电阻电容缓冲结构,可以抑制DS电压关断时的瞬态振荡,如下图5中,开关电源应用中,SGT结构中寄生的CD-shield和Rshield可以吸收器件关断时dv/dt变化带来的尖峰和震荡,进一步降低应用风险。
图5:SGT MOS built-in Sunbber结构
值得一提的是,依托本土庞大的中压MOSFET市场需求,国产器件在中低压领域替换进口品牌的潜力极大,维安在高功率密度、低内阻的SGT MOSFET上面进行积极布局,结合市场和客户的需求,在产品工艺、封装上持续创新。
针对不同的应用场景,在产品系列、规格尺寸上推荐选型如下:
(1)PC、笔电、无线充电等
(2)PD、适配器同步整流
(3)BMS及电机控制
(4)通讯电源、5G基站