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  • 超結MOSFET輸出電容遲滯效應產生原因解析
    • 發布時間:2023-05-27 17:29:18
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    超結MOSFET輸出電容遲滯效應產生原因解析
    超結功率MOSFET輸出電容遲滯效應產生原因
    超結功率MOSFET技術目前采取多層外延和深溝槽工藝,相對于平面結構,P阱下移形成P柱結構,如圖6、圖7所示。通常情況,超結功率MOSFET的COSS在充電過程中,超結N柱、P柱最初的移動載流子,會在放電過程中完全消耗盡。
    但是,如果在COSS充電階段,一些移動載流子被隔離滯留,也就是形成滯留電荷(Stranded Charges QSTR),耗盡層擴展不一致,沿著N柱、P柱形成沒有耗盡的微小區域,導致充電和放電過程不一致,最終形成遲滯效應,也就是COSS充放電過程中一些能量在內部被消耗。超結功率MOSFET輸出電容遲滯效應,和滯留電荷直接相關。
    MOSFET 輸出電容 遲滯
    從圖5可以發現,超結功率MOSFET輸出電容的遲滯效應,與其漏極源極所加電壓VDS直接相關,這種效應大多發生在低壓階段,這也表明,超結功率MOSFET輸出電容的遲滯效應和超結柱狀結構在低于100V發生的三維耗盡有關。
    此外,COSS的遲滯效應也和超結功率MOSFET結構相關,內部晶胞單元尺寸越小,遲滯效應越明顯。相關文獻研究表明:深溝槽結構沒有滯留電荷QSTR效應,多層外延結構具有滯留電荷QSTR效應,如圖8、圖9所示。
    圖8和圖9中,列出了這種結構的仿真電勢線分布圖Potential line distribution。多層外延結構在動態耗盡過程中,滯留電荷QSTR,出現在N柱和P柱的底部和頂部。
    Jaume Roig and Filip Bauwens, Origin of Anomalous COSS Hysteresis in Resonant Converters With Superjunction FETs
    這表明:多層外延結構MEMI(Multi implant multi epitaxy)的滯留電荷QSTR效應,比深溝槽結構TFET(Trench filling epitaxial growth)要嚴重。
    MOSFET 輸出電容 遲滯
    超結功率MOSFET輸出電容遲滯效應的功耗測量
    為了得到超結功率MOSFET輸出電容遲滯效應所產生的功耗,可以用等效法測量。
    超結功率MOSFET輸出電容遲滯回線的測量電路和陶瓷電容的測量電路類似,根據電路,在一定輸入電壓、工作頻率fs下穩定工作,測量超結功率MOSFET殼頂的溫升ΔT。
    然后,在超結功率MOSFET內部寄生二極管通過一定電流IF,使超結功率MOSFET殼頂的溫升同樣達到ΔT,測量寄生二極管壓降VF,則可以得到相應條件下,
    輸出電容遲滯效應所產生的功耗:
    MOSFET 輸出電容 遲滯
    輸出電容遲滯效應所產生的能量:
    MOSFET 輸出電容 遲滯
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