基于超級結(jié)技術的功率MOSFET已成為高壓開關轉(zhuǎn)換器領域的業(yè)界規(guī)范。它們提供更低的RDS（on），同時具有更少的柵極和和輸出電荷，這有助于在任意給定頻率下保持更高的效率。在超級結(jié)MOSFET出現(xiàn)之前，高壓器件的主要設計平臺是基于平面技術。這個時候，有心急的網(wǎng)友就該問了，超級結(jié)究竟是何種技術，區(qū)別于平面技術，它的優(yōu)勢在哪里？各位客官莫急，看完這篇文章你就懂了！

平面式高壓MOSFET的結(jié)構

圖1顯示了一種傳統(tǒng)平面式高壓MOSFET的簡單結(jié)構。平面式MOSFET通常具有高單位芯片面積漏源導通電阻，并伴隨相對更高的漏源電阻。使用高單元密度和大管芯尺寸可實現(xiàn)較低的RDS（on）值。但大單元密度和管芯尺寸還伴隨高柵極和輸出電荷，這會增加開關損耗和成本。另外還存在對于總硅片電阻能夠達到多低的限制。器件的總RDS（on）可表示為通道、epi和襯底三個分量之和：

RDS（on） = Rch + Repi + Rsub

圖1：傳統(tǒng)平面式MOSFET結(jié)構

圖2顯示平面式MOSFET情況下構成RDS（on） 的各個分量。對于低壓MOSFET，三個分量是相似的。但隨著額定電壓增加，外延層需要更厚和更輕摻雜，以阻斷高壓。額定電壓每增加一倍，維持相同的RDS（on）所需的面積就增加為原來的五倍以上。對于額定電壓為600V的MOSFET，超過95%的電阻來自外延層。顯然，要想顯著減小RDS（on）的值，就需要找到一種對漂移區(qū)進行重摻雜的方法，并大幅減小epi電阻。

圖2：平面式MOSFET的電阻性元件

通常，高壓的功率MOSFET采用平面型結(jié)構，其中，厚的低摻雜的N-的外延層，即epi層，用來保證具有足夠的擊穿電壓，低摻雜的N-的epi層的尺寸越厚，耐壓的額定值越大，但是其導通電阻也急劇的增大。導通電阻隨電壓以2.4-2.6次方增長，這樣，就降低的電流的額定值。為了得到一定的導通電阻值，就必須增大硅片的面積，成本隨之增加。如果類似于IGBT引入少數(shù)載流子導電，可以降低導通壓降，但是少數(shù)載流子的引入會降低工作的開關頻率，并產(chǎn)生關斷的電流拖尾，從而增加開關損耗。

超級結(jié)MOSFET的結(jié)構

高壓的功率MOSFET的外延層對總的導通電阻起主導作用，要想保證高壓的功率MOSFET具有足夠的擊穿電壓，同時，降低導通電阻，最直觀的方法就是：在器件關斷時，讓低摻雜的外延層保證要求的耐壓等級，同時，在器件導通時，形成一個高摻雜N+區(qū)，作為功率MOSFET導通時的電流通路，也就是將反向阻斷電壓與導通電阻功能分開，分別設計在不同的區(qū)域，就可以實現(xiàn)上述的要求。

基于超結(jié)SuperJunction的內(nèi)建橫向電場的高壓功率MOSFET就是基本這種想法設計出的一種新型器件。內(nèi)建橫向電場的高壓MOSFET的剖面結(jié)構及高阻斷電壓低導通電阻的示意圖如圖3所示。英飛凌最先將這種結(jié)構生產(chǎn)出來，并為這種結(jié)構的MOSFET設計了一種商標CoolMOS，這種結(jié)構從學術上來說，通常稱為超結(jié)型功率MOSFET。

圖3：內(nèi)建橫向電場的SuperJunction結(jié)構

垂直導電N+區(qū)夾在兩邊的P區(qū)中間，當MOS關斷時，形成兩個反向偏置的PN結(jié)：P和垂直導電N+、P+和外延epi層N-。柵極下面的的P區(qū)不能形成反型層產(chǎn)生導電溝道，P和垂直導電N+形成PN結(jié)反向偏置，PN結(jié)耗盡層增大，并建立橫向水平電場；同時，P+和外延層N-形成PN結(jié)也是反向偏置形，產(chǎn)生寬的耗盡層，并建立垂直電場。由于垂直導電N+區(qū)摻雜濃度高于外延區(qū)N-的摻雜濃度，而且垂直導電N+區(qū)兩邊都產(chǎn)生橫向水平電場，這樣垂直導電的N+區(qū)整個區(qū)域基本上全部都變成耗盡層，即由N+變?yōu)镹-，這樣的耗盡層具有非常高的縱向的阻斷電壓，因此，器件的耐壓就取決于高摻雜P+區(qū)與低摻雜外延層N-區(qū)的耐壓。

當MOS導通時，柵極和源極的電場將柵極下的P區(qū)反型，在柵極下面的P區(qū)產(chǎn)生N型導電溝道，同時，源極區(qū)的電子通過導電溝道進入垂直的N+區(qū)，中和N+區(qū)的正電荷空穴，從而恢復被耗盡的N+型特性，因此導電溝道形成，垂直N+區(qū)摻雜濃度高，具有較低的電阻率，因此導通電阻低。

比較平面結(jié)構和溝槽結(jié)構的功率MOSFET，可以發(fā)現(xiàn)，超結(jié)型結(jié)構實際是綜合了平面型和溝槽型結(jié)構兩者的特點，是在平面型結(jié)構中開一個低阻抗電流通路的溝槽，因此具有平面型結(jié)構的高耐壓和溝槽型結(jié)構低電阻的特性。

內(nèi)建橫向電場的高壓超結(jié)型結(jié)構與平面型結(jié)構相比較，同樣面積的硅片可以設計更低的導通電阻，因此具有更大的額定電流值和雪崩能量。由于要開出N+溝槽，它的生產(chǎn)工藝比較復雜，目前N+溝槽主要有兩種方法直接制作：通過一層一層的外延生長得到N+溝槽和直接開溝槽。前者工藝相對的容易控制，但工藝的程序多，成本高；后者成本低，但不容易保證溝槽內(nèi)性能的一致性。