對于Cool-MOS的簡述

對于常規VDMOS 器件結構， Rdson 與BV 這一對矛盾關系，要想提高BV，都是從減小EPI 參雜濃度著手，但是外延層又是正向電流流通的通道，EPI 參雜濃度減小了，電阻必然變大，Rdson 就大了。Rdson直接決定著MOS 單體的損耗大小。所以對于普通VDMOS，兩者矛盾不可調和，這就是常規VDMOS的局限性。但是對于COOLMOS，這個矛盾就不那么明顯了。通過設置一個深入EPI 的的P 區，大大提高了BV，同時對Rdson 上不產生影響。對于常規VDMOS，反向耐壓，主要靠的是N 型EPI 與body區界面的PN 結，對于一個PN 結，耐壓時主要靠的是耗盡區承受，耗盡區內的電場大小、耗盡區擴展的寬度的面積。常規VDSMO，P body 濃度要大于N EPI，大家也應該清楚，PN 結耗盡區主要向低參雜一側擴散，所以此結構下，P body 區域一側，耗盡區擴展很小，基本對承壓沒有多大貢獻，承壓主要是P body－－N EPI 在N 型的一側區域，這個區域的電場強度是逐漸變化的，越是靠近PN 結面，電場強度E 越大。對于COOLMOS 結構，由于設置了相對P body 濃度低一些的P region 區域，所以P 區一側的耗盡區會大大擴展，并且這個區域深入EPI 中，造成了PN 結兩側都能承受大的電壓，換句話說，就是把峰值電場Ec 由靠近器件表面，向器件內部深入的區域移動了。

Cool-MOS的優勢

1.通態阻抗小，通態損耗小

由于SJ-MOS 的Rdson 遠遠低于VDMOS，在系統電源類產品中SJ-MOS 的導通損耗必然較之VDMOS要減少的多。其大大提高了系統產品上面的單體MOSFET 的導通損耗，提高了系統產品的效率，SJ-MOS的這個優點在大功率、大電流類的電源產品產品上，優勢表現的尤為突出。

2.同等功率規格下封裝小，有利于功率密度的提高

首先，同等電流以及電壓規格條件下，J-MOS 的晶源面積要小于VDMOS 工藝的晶源面積，這樣作為MOS 的廠家，對于同一規格的產品，可以封裝出來體積相對較小的產品，有利于電源系統功率密度的提高。

其次，由于SJ-MOS 的導通損耗的降低從而降低了電源類產品的損耗，因為這些損耗都是以熱量的形式散發出去，我們在實際中往往會增加散熱器來降低MOS 單體的溫升，使其保證在合適的溫度范圍內。由于SJ-MOS 可以有效的減少發熱量，減小了散熱器的體積，對于一些功率稍低的電源，甚至使用SJ-MOS 后可以將散熱器徹底拿掉。有效的提高了系統電源類產品的功率密度。

3.柵電荷小，對電路的驅動能力要求降低

傳統VDMOS 的柵電荷相對較大，我們在實際應用中經常會遇到由于IC 的驅動能力不足造成的溫升問題，部分產品在電路設計中為了增加IC 的驅動能力，確保MOSFET 的快速導通，我們不得不增加推挽或其它類型的驅動電路，從而增加了電路的復雜性。SJ-MOS 的柵電容相對比較小，這樣就可以降低其對驅動能力的要求，提高了系統產品的可靠性。

4.節電容小，開關速度加快，開關損耗小

由于SJ-MOS 結構的改變，其輸出的節電容也有較大的降低，從而降低了其導通及關斷過程中的損耗。同時由于SJ-MOS 柵電容也有了響應的減小，電容充電時間變短，大大的提高了SJ-MOS 的開關速度。對于頻率固定的電源來說，可以有效的降低其開通及關斷損耗。提高整個電源系統的效率。這一點尤其在頻率相對較高的電源上，效果更加明顯。

MOS管和晶體三極管相比的重要特性；

1）．場效應管的源極S、柵極G、漏極D分別對應于三極管的發射極e、基極b、集電極c，它們的作用相似，圖1-6-A所示是N溝道MOS管和NPN型晶體三極管引腳，圖1-6-B所示是P溝道MOS管和PNP型晶體三極管引腳對應圖。

2)．場效應管是電壓控制電流器件，由VGS控制ID，普通的晶體三極管是電流控制電流器件，由IB控制IC。MOS管道放大系數是（跨導gm）當柵極電壓改變一伏時能引起漏極電流變化多少安培。晶體三極管是電流放大系數（貝塔β）當基極電流改變一毫安時能引起集電極電流變化多少。

3)．場效應管柵極和其它電極是絕緣的，不產生電流；而三極管工作時基極電流IB決定集電極電流IC。因此場效應管的輸入電阻比三極管的輸入電阻高的多。

4)．場效應管只有多數載流子參與導電；三極管有多數載流子和少數載流子兩種載流子參與導電，因少數載流子濃度受溫度、輻射等因素影響較大，所以場效應管比三極管的溫度穩定性好。

5)．場效應管在源極未與襯底連在一起時，源極和漏極可以互換使用，且特性變化不大，而三極管的集電極與發射極互換使用時，其特性差異很大，b 值將減小很多。

6)．場效應管的噪聲系數很小，在低噪聲放大電路的輸入級及要求信噪比較高的電路中要選用場效應管。

7)．場效應管和普通晶體三極管均可組成各種放大電路和開關電路，但是場效應管制造工藝簡單，并且又具有普通晶體三極管不能比擬的優秀特性，在各種電路及應用中正逐步的取代普通晶體三極管，目前的大規模和超大規模集成電路中，已經廣泛的采用場效應管。

6、在開關電源電路中；大功率MOS管和大功率晶體三極管相比MOS管的優點；

1)、輸入阻抗高，驅動功率小

由于柵源之間是二氧化硅（SiO2）絕緣層，柵源之間的直流電阻基本上就是SiO2絕緣電阻，一般達100MΩ左右，交流輸入阻抗基本上就是輸入電容的容抗。由于輸入阻抗高，對激勵信號不會產生壓降，有電壓就可以驅動，所以驅動功率極小（靈敏度高）。一般的晶體三極管必需有基極電壓Vb，再產生基極電流Ib，才能驅動集電極電流的產生。晶體三極管的驅動是需要功率的（Vb×Ib）。

2）、開關速度快

MOSFET的開關速度和輸入的容性特性的有很大關系，由于輸入容性特性的存在，使開關的速度變慢，但是在作為開關運用時，可降低驅動電路內阻，加快開關速度（輸入采用了后述的“灌流電路”驅動，加快了容性的充放電的時間）。MOSFET只靠多子導電，不存在少子儲存效應，因而關斷過程非常迅速，開關時間在10—100ns之間，工作頻率可達100kHz以上，普通的晶體三極管由于少數載流子的存儲效應，使開關總有滯后現象，影響開關速度的提高（目前采用MOS管的開關電源其工作頻率可以輕易的做到100K/S～150K/S,這對于普通的大功率晶體三極管來說是難以想象的）。

3）、無二次擊穿

由于普通的功率晶體三極管具有當溫度上升就會導致集電極電流上升（正的溫度～電流特性）的現象，而集電極電流的上升又會導致溫度進一步的上升，溫度進一步的上升，更進一步的導致集電極電流的上升這一惡性循環。而晶體三極管的耐壓VCEO隨管溫度升高是逐步下降，這就形成了管溫繼續上升、耐壓繼續下降最終導致晶體三極管的擊穿，這是一種導致電視機開關電源管和行輸出管損壞率占95%的破環性的熱電擊穿現象，也稱為二次擊穿現象。MOS管具有和普通晶體三極管相反的溫度～電流特性，即當管溫度（或環境溫度）上升時，溝道電流IDS反而下降。例如；一只IDS=10A的MOS FET開關管，當VGS控制電壓不變時，在250C溫度下IDS=3A，當芯片溫度升高為1000C時，IDS降低到2A，這種因溫度上升而導致溝道電流IDS下降的負溫度電流特性，使之不會產生惡性循環而熱擊穿。也就是MOS管沒有二次擊穿現象，可見采用MOS管作為開關管，其開關管的損壞率大幅度的降低，近兩年電視機開關電源采用MOS管代替過去的普通晶體三極管后，開關管損壞率大大降低也是一個極好的證明。

4）、MOS管導通后其導通特性呈純阻性

普通晶體三極管在飽和導通是，幾乎是直通，有一個極低的壓降，稱為飽和壓降，既然有一個壓降，那么也就是；普通晶體三極管在飽和導通后等效是一個阻值極小的電阻，但是這個等效的電阻是一個非線性的電阻（電阻上的電壓和流過的電流不能符合歐姆定律），而MOS管作為開關管應用，在飽和導通后也存在一個阻值極小的電阻，但是這個電阻等效一個線性電阻，其電阻的阻值和兩端的電壓降和流過的電流符合歐姆定律的關系，電流大壓降就大，電流小壓降就小，導通后既然等效是一個線性元件，線性元件就可以并聯應用，當這樣兩個電阻并聯在一起，就有一個自動電流平衡的作用，所以MOS管在一個管子功率不夠的時候，可以多管并聯應用，且不必另外增加平衡措施（非線性器件是不能直接并聯應用的）。

MOS管和普通的晶體三極管相比，有以上四項優點，就足以使MOS管在開關運用狀態下完全取代普通的晶體三極管。目前的技術MOS管道VDS能做到1000V，只能作為開關電源的開關管應用，隨著制造工藝的不斷進步，VDS的不斷提高，取代顯像管電視機的行輸出管也是近期能實現的。

聯系方式：鄒先生

聯系電話：0755-83888366-8022

手機：18123972950

QQ：2880195519

聯系地址：深圳市福田區車公廟天安數碼城天吉大廈CD座5C1

關注KIA半導體工程專輯請搜微信號:“KIA半導體”或點擊本文下方圖片掃一掃進入官方微信“關注”。

關注「KIA半導體」，做優秀工程師！

長按二維碼識別關注

閱讀原文可一鍵關注+技術總匯