羅姆第二代超級結(jié)MOS-PrestoMOS要把平面MOS虐到哭

在超級結(jié)MOSFET出現(xiàn)之前，高壓器件的主要設(shè)計平臺是基于平面技術(shù)?，F(xiàn)如今，基于超級結(jié)技術(shù)的功率MOSFET已成為高壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器領(lǐng)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，這有助于在高頻率下保持更高的效率。2017年7月4日的羅姆發(fā)布會上，羅姆半導(dǎo)體(上海)有限公司設(shè)計中心高級經(jīng)理水原德健先生跟我們分享了從2014年開始到2020年MOS管市場的變化情況。

圖：羅姆半導(dǎo)體(上海)有限公司設(shè)計中心高級經(jīng)理水原德健先生

水原德健先生提到，總的來說，MOS整體的需求量沒有太大增長。但是中間有一個很大的變化，平面MOS市場越來越小，超級結(jié)MOSFET市場越來越大。2014年的時候還是以平面MOS為主，但是在2016年的時候基本一半一半了，到2020年可以看到超級結(jié)MOS已成為主流。為什么會這樣?這主要是大家在選擇產(chǎn)品的時候一般考慮兩個因素：性能和價格。性能方面可以說各有千秋，但是超級結(jié)MOS更節(jié)能。價格的話，在第零代的時候，超級結(jié)MOS價格大約是平面MOS的1.7倍到2倍，到了第一代，大約是1.5倍。第二代，基本上已與平面MOS的價格開始持平。超級結(jié)MOS的導(dǎo)通損耗小，比平面MOS更節(jié)能一些，而且價格與平面MOS相比相持平，這就是整個市場上會得到很大應(yīng)用的原因。

緊跟市場發(fā)展的羅姆集團擁有很多高耐壓超級結(jié)MOSFET產(chǎn)品。水原德健先生跟21ic記者介紹了幾款典型產(chǎn)品。首先是羅姆低噪音的超級結(jié)MOS，即EN系列。EN系列特殊的構(gòu)造可以達到跟平面MOS一樣的低噪音性，并同時減低了80%的Ron(導(dǎo)通電阻)，實現(xiàn)更節(jié)能。第二個高速開關(guān)的MOSFET，高速開關(guān)的產(chǎn)品主要是為了開關(guān)的時候損耗降得更低一些，可以使整機的效率變得更高。羅姆的第二代高速開關(guān)超級結(jié)MOS-KN系列主要改變了開關(guān)特性， Rg(門極上的電阻)和Qgd(柵極輸入電荷量)，輸入電荷更少可以使開關(guān)速度更快。KN系列產(chǎn)品即改變了門極上的電荷和電阻，使開關(guān)速度變得更快。

第三個就是本次發(fā)布會上，羅姆跟21ic記者介紹的重點新品——業(yè)界最快trr性能的600V超級結(jié)MOSFET-PrestoMOS R60xxMNx系列。在這里我們先來理清這個包含關(guān)系：PrestoMOS屬于超級結(jié)MOSFET，超級結(jié)MOSFET屬于功率MOSFET，功率MOSFET屬于功率晶體管。PrestoMOS就是高速的trr(反向恢復(fù)時間)超級結(jié)的MOSFET。今天我們的重點就是第二代PrestoMOS。

圖：PrestoMOS、超級結(jié)MOSFET、功率MOSFET的關(guān)系

先簡單介紹下羅姆的第一代PrestoMOS。從構(gòu)造上看，MOS里有兩個構(gòu)造，一個是真正的MOS構(gòu)造，一個是體二極管。我們說產(chǎn)品的好與壞，第一個就看本體MOS特性的好與壞，這主要取決于導(dǎo)通電阻和Qg，這兩個參數(shù)都是越小越好。第二個特性是體二極管的trr特性。羅姆第一代的PrestoMOS主要是改變了體二極管的trr特性。MOSFET是一個半導(dǎo)體，從ON到OFF的時候會出現(xiàn)一個反向特性，有一個反向的恢復(fù)時間和反向的恢復(fù)電流。反向的恢復(fù)時間乘以反向的恢復(fù)電流，這就是開關(guān)造成的開關(guān)損耗，開關(guān)的損耗越小，整體就越節(jié)能。羅姆在第一代產(chǎn)品最主要改變了trr的特性，逆變器效率更高。

羅姆的第一代產(chǎn)品降低了trr，第二代產(chǎn)品在繼續(xù)提高trr性能的基礎(chǔ)上，同時降低了導(dǎo)通電阻并提高開關(guān)速度。羅姆的第二代PrestoMOS采用了新的縱向溝槽構(gòu)造：一是把PN結(jié)構(gòu)之間的間距變得更小;二是把N極的電流濃度變得更大。通過改變這新的構(gòu)造，使產(chǎn)品的導(dǎo)通電阻更低，開關(guān)速度更快。從對比中可以看到，開關(guān)速度Qg和原有的第一代產(chǎn)品相比，第二代產(chǎn)品降低了70%，導(dǎo)通電阻降低了40%。在這兩個特性之上，體二極管的trr特性降低了20%?？梢哉f，第二代PrestoMOS是個開關(guān)損耗、導(dǎo)通損耗和trr損耗都是很小的產(chǎn)品。

圖：第一代PrestoMOS和第二代性能對比情況

和競爭對手比較，第二代PrestoMOS一是具有超強短路耐受能力，二是競爭對手在ON的情況下出現(xiàn)了自導(dǎo)的狀況，而羅姆自導(dǎo)的狀況很小。而自導(dǎo)通越小功率損耗越小。

圖：競爭對手與羅姆第二代PrestoMOS自導(dǎo)通情況對比

最后，水原德健先生談到了關(guān)于羅姆產(chǎn)品生產(chǎn)的問題。他介紹到，羅姆的前工程都是在日本國內(nèi)，后工程主要是在國外，目前在日本、泰國和菲律賓都有工廠。羅姆同樣的產(chǎn)品為什么在兩個或兩個以上的地方同時進行生產(chǎn)?“同樣的產(chǎn)品要分幾個地方去做，看起來很浪費資源。但是如果某個地區(qū)發(fā)生意外就不能正常供貨了，比如2011年泰國發(fā)生了洪水，如果當(dāng)時只有泰國一地工廠生產(chǎn)產(chǎn)品，會給給客戶的生產(chǎn)帶來很大的麻煩。第一，產(chǎn)品生產(chǎn)不出來;第二，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品運不出去，因為你沒有替代產(chǎn)品，最終給客戶帶來很大的麻煩。在這之后，羅姆為了把風(fēng)險降到最低，不論任何產(chǎn)品都在兩個或兩個以上的地方來進行同時生產(chǎn)。也就是說，無論任何一個地方出現(xiàn)了什么樣不可抗拒的事情發(fā)生，羅姆都會在同一時間內(nèi)有相同的產(chǎn)品從另外一個工廠生產(chǎn)出來，這樣不會給客戶帶來生產(chǎn)上的麻煩。”水原德健先生說到。

超級結(jié)結(jié)構(gòu)是高壓MOSFET技術(shù)的重大發(fā)展并具有顯著優(yōu)點，其RDS(on)、柵極容值和輸出電荷以及管芯尺寸同時得到降低。從羅姆此次新品發(fā)布會我們就能看到超級結(jié)MOS的市場前景。未來，超級結(jié)MOS會不會把平面MOS虐到哭，還需要時間見分曉。