金屬-氧化層-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)是集成電路設(shè)計(jì)中的基本單元，它的電路符號(hào)和器件結(jié)構(gòu)如圖1所示。典型n溝道MOS器件具有4個(gè)電極，并連接不同的電壓偏置。一般情況下源極和襯底極接低電位，比如接地。不工作時(shí)器件處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)器件的源極和漏極之間沒(méi)有導(dǎo)電通道，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)柵極加上一個(gè)大于Vgs(th) 的正電壓后，柵極氧化層下方的p型襯底表面會(huì)產(chǎn)生反型層， 即導(dǎo)通溝道。溝道連通了器件源極和漏極，此時(shí)NMOS相應(yīng)的處于了導(dǎo)通狀態(tài)。柵極電壓越高，導(dǎo)通越充分。
中高壓功率MOSFET通常采用垂直溝道結(jié)構(gòu)，如圖2所示，器件的漏極在芯片底部，源極在芯片頂部，整個(gè)器件呈垂直結(jié)構(gòu)放置。這種結(jié)構(gòu)被稱為Vertical Double-diffusion MOS (VDMOS)。從結(jié)構(gòu)上看VDMOS的漏極從原來(lái)的表面位置移到了器件的底部，漏極電流也相應(yīng)從器件的底部流到器件的表面，變成了垂直型器件。漏極電流與溝道之間的區(qū)域是漂移區(qū)，是高壓功率器件用來(lái)耐壓的主要部分。漂移區(qū)越厚且漂移區(qū)電阻率越低，則耐壓越高，而與此同時(shí)器件的導(dǎo)通電阻相應(yīng)的也就越高。這是因?yàn)閂DMOS的Rdson 與BVdss的2~2.5次方成正比。即公式1：
Rdson = a* BV2~2.5
超級(jí)結(jié)MOSFET可以打破這個(gè)限制，其基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。它和VDMOS相比最大的區(qū)別就是在p-body下方加入了p柱，使漂移區(qū)中出現(xiàn)了交替的pn結(jié)結(jié)構(gòu)。利用相鄰的pn柱之間相互耗盡的原理，將漂移區(qū)的濃度可以提升，使得器件導(dǎo)通時(shí)電阻率降低。而在關(guān)態(tài)時(shí)，p柱和n柱之間可以相互耗盡，使耗盡區(qū)盡量擴(kuò)大，維持了較高的耐壓，由此打破了公式1的硅極限，使導(dǎo)通電阻與擊穿電壓達(dá)到近似線性的關(guān)系，顯著提高了器件性能。
圖3 SJ VDMOS示意圖
相對(duì)于普通VDMOS器件，超級(jí)結(jié)功率器件的速度更快，F(xiàn)OM更低，但是也會(huì)帶來(lái)其他的一些負(fù)面問(wèn)題，比如高di/dt & dv/dt造成的柵極振蕩及EMI問(wèn)題。因此，超級(jí)結(jié)的設(shè)計(jì)十分講究，設(shè)計(jì)不當(dāng)則容易導(dǎo)致芯片的震蕩而使器件出現(xiàn)EMI超標(biāo)的問(wèn)題。
