在(zai)功(gong)率半导(dao)(dao)体器件中(zhong)(zhong)，MOSFET以(yi)(yi)高(gao)速、低(di)开关损耗、低(di)驱动(dong)损耗在(zai)各种功(gong)率变(bian)换，特别是高(gao)频功(gong)率变(bian)换中(zhong)(zhong)起(qi)着重要作用。在(zai)低(di)压(ya)领域，MOSFET没有竞 争对手，但随着MOS的(de)(de)耐压(ya)提(ti)高(gao)，导(dao)(dao)通(tong)电(dian)(dian)(dian)阻(zu)随之以(yi)(yi)2.4-2.6次方增长(zhang)，其增长(zhang)速度(du)使MOSFET制(zhi)造者和应用者不得不以(yi)(yi)数十倍的(de)(de)幅度(du)降低(di)额定(ding)电(dian)(dian)(dian)流(liu)，以(yi)(yi) 折中(zhong)(zhong)额定(ding)电(dian)(dian)(dian)流(liu)、导(dao)(dao)通(tong)电(dian)(dian)(dian)阻(zu)和成本之间的(de)(de)矛(mao)盾。即便如此，高(gao)压(ya)MOSFET在(zai)额定(ding)结温下(xia)的(de)(de)导(dao)(dao)通(tong)电(dian)(dian)(dian)阻(zu)产生的(de)(de)导(dao)(dao)通(tong)压(ya)降仍居高(gao)不下(xia)，耐压(ya)500V以(yi)(yi)上(shang)的(de)(de)MOSFET 的(de)(de)额定(ding)结温、额定(ding)电(dian)(dian)(dian)流(liu)条(tiao)件下(xia)的(de)(de)导(dao)(dao)通(tong)电(dian)(dian)(dian)压(ya)很高(gao)，耐压(ya)800V以(yi)(yi)上(shang)的(de)(de)导(dao)(dao)通(tong)电(dian)(dian)(dian)压(ya)高(gao)得惊人，导(dao)(dao)通(tong)损耗占MOSFET总损耗的(de)(de)2/3-4/5，使应用受到极大限制(zhi)。

1、降低高压MOSFET导通电阻的原理与方法

（1） 不同耐压的MOSFET的导通电阻分布

不同耐压(ya)的(de)(de)(de)(de)(de)MOSFET，其导(dao)(dao)(dao)通(tong)电阻(zu)(zu)(zu)中各部分(fen)电阻(zu)(zu)(zu)比例分(fen)布也(ye)不同。如耐压(ya)30V的(de)(de)(de)(de)(de)MOSFET，其外(wai)延层(ceng)电阻(zu)(zu)(zu)仅(jin)为 总导(dao)(dao)(dao)通(tong)电阻(zu)(zu)(zu)的(de)(de)(de)(de)(de)29%，耐压(ya)600V的(de)(de)(de)(de)(de)MOSFET的(de)(de)(de)(de)(de)外(wai)延层(ceng)电阻(zu)(zu)(zu)则是总导(dao)(dao)(dao)通(tong)电阻(zu)(zu)(zu)的(de)(de)(de)(de)(de)96.5%。由此可以推断(duan)耐压(ya)800V的(de)(de)(de)(de)(de)MOSFET的(de)(de)(de)(de)(de)导(dao)(dao)(dao)通(tong)电阻(zu)(zu)(zu)将几乎被外(wai) 延层(ceng)电阻(zu)(zu)(zu)占(zhan)据。欲获(huo)得高阻(zu)(zu)(zu)断(duan)电压(ya)，就(jiu)必(bi)须采(cai)用高电阻(zu)(zu)(zu)率的(de)(de)(de)(de)(de)外(wai)延层(ceng)，并增厚(hou)。这(zhei)就(jiu)是常规高压(ya)MOSFET结构所导(dao)(dao)(dao)致的(de)(de)(de)(de)(de)高导(dao)(dao)(dao)通(tong)电阻(zu)(zu)(zu)的(de)(de)(de)(de)(de)根本(ben)原因。

（2）降低高压MOSFET导通电阻的思路

增加管(guan)芯面积虽能降低导通电阻，但成本的(de)(de)提(ti)高(gao)(gao)所付(fu)出的(de)(de)代(dai)价是商业品所不(bu)允许的(de)(de)。引入少数载流子导电虽能降低导通压降，但付(fu)出的(de)(de)代(dai)价是开(kai)关(guan)速度的(de)(de)降低并(bing)出现(xian)拖尾电流，开(kai)关(guan)损耗(hao)增加，失(shi)去了MOSFET的(de)(de)高(gao)(gao)速的(de)(de)优点。

以(yi)上两种办法不能(neng)降低高(gao)(gao)(gao)(gao)压(ya)MOSFET的(de)导(dao)通电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)，所剩(sheng)的(de)思路(lu)就是(shi)如何将(jiang)阻(zu)(zu)断(duan)高(gao)(gao)(gao)(gao)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)的(de)低掺杂、高(gao)(gao)(gao)(gao)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)率区域(yu)和(he)导(dao)电(dian)(dian)(dian)(dian)通道(dao)的(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)掺杂、低电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)率分开(kai)解决。如除 导(dao)通时(shi)低掺杂的(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)耐压(ya)外(wai)(wai)延层对导(dao)通电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)只能(neng)起增大作用外(wai)(wai)并无(wu)其他用途。这(zhei)样，是(shi)否可以(yi)将(jiang)导(dao)电(dian)(dian)(dian)(dian)通道(dao)以(yi)高(gao)(gao)(gao)(gao)掺杂较(jiao)低电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)率实(shi)现(xian)，而在(zai)MOSFET关断(duan)时(shi)，设(she)法使(shi) 这(zhei)个(ge)通道(dao)以(yi)某种方式夹断(duan)，使(shi)整(zheng)个(ge)器件耐压(ya)仅(jin)取决于低掺杂的(de)N-外(wai)(wai)延层。基于这(zhei)种思想(xiang)，1988年INFINEON推出内建横向电(dian)(dian)(dian)(dian)场耐压(ya)为600V的(de) COOLMOS，使(shi)这(zhei)一想(xiang)法得以(yi)实(shi)现(xian)。

2、内建横向电场MOSFET的主要特性

（1）导通电阻的降低

INFINEON的(de)(de)(de)内建(jian)横(heng)向电(dian)场(chang)的(de)(de)(de)MOSFET，耐压(ya)600V和800V，与(yu)常(chang)规MOSFET器件相比，相同(tong)的(de)(de)(de)管芯面(mian)积，导通(tong)电(dian)阻分(fen)别(bie)下(xia) 降(jiang)到(dao)常(chang)规MOSFET的(de)(de)(de)1/5， 1/10；相同(tong)的(de)(de)(de)额定(ding)(ding)电(dian)流(liu)，导通(tong)电(dian)阻分(fen)别(bie)下(xia)降(jiang)到(dao)1/2和约1/3。在额定(ding)(ding)结温、额定(ding)(ding)电(dian)流(liu)条件下(xia)，导通(tong)电(dian)压(ya)分(fen)别(bie)从(cong)12.6V，19.1V下(xia)降(jiang)到(dao) 6.07V，7.5V；导通(tong)损耗(hao)(hao)下(xia)降(jiang)到(dao)常(chang)规MOSFET的(de)(de)(de)1/2和1/3。由于导通(tong)损耗(hao)(hao)的(de)(de)(de)降(jiang)低，发热(re)减少，器件相对(dui)较凉，故称COOLMOS。

（2）的减小和热阻的降低

相同额定(ding)电流(liu)的COOLMOS的管芯较常规MOSFET减(jian)小到1/3和(he)1/4，使封(feng)装减(jian)小两个管壳规格。

由于COOLMOS管芯(xin)厚度仅为常(chang)规MOSFET的(de)1/3，使TO-220封(feng)装RTHJC从常(chang)规1℃/W降到(dao)0.6℃/W；额定功率从125W上(shang)升到(dao)208W，使管芯(xin)散热能力(li)提高。

（3）开关特性的改善

COOLMOS的(de)(de)栅(zha)极电(dian)荷与(yu)开关参数均(jun)优于常规(gui)(gui)MOSFET，很明显，由于QG，特(te)别是QGD的(de)(de)减(jian)少(shao)，使COOLMOS的(de)(de)开关时(shi)间约(yue)为常 规(gui)(gui)MOSFET的(de)(de)1/2；开关损耗降(jiang)低约(yue)50%。关断时(shi)间的(de)(de)下降(jiang)也与(yu)COOLMOS内部低栅(zha)极电(dian)阻(＜1Ω＝有关。

（4）抗雪崩击穿能力与SCSOA

目(mu)前(qian)，新型的(de)MOSFET无一例外地具有抗雪崩击穿能力。COOLMOS同(tong)(tong)样具有抗雪崩能力。在相同(tong)(tong)额定电流 下，COOLMOS的(de)IAS与(yu)ID25℃相同(tong)(tong)。但由于管(guan)芯面(mian)(mian)积(ji)的(de)减小，IAS小于常规(gui)MOSFET，而具有相同(tong)(tong)管(guan)芯面(mian)(mian)积(ji)时，IAS和(he)EAS则均大于常规(gui) MOSFET。

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