最新的SJ-MOSFET技术，还能与宽频带竞争吗?

2013年，我们分析了来自DTMOS IV代的TK31J60W a 600 V, 31 a SJ-MOSFET，也在Power Essentials报告中。R_DSON*从我们的模具测量这个装置给18.54 mΩ。Cm2，大约比新设备高10%。

尽管在结构上大体相似，但两代人之间最明显的区别是:

• 较旧的DTMOS IV器件具有沟槽栅极，而非平面栅极。
• 单元布局与具有一维条纹的DTMOS IV不同，而DTMOS VI具有平行布置的闭合单元。

图3显示了DTMOS IV器件的闸门，通过p井突出进入N型漂移区，通道沿p井与沟槽的界面垂直形成。在DTMOS VI的情况下，栅极位于硅芯片的顶部，与P型柱的边缘重叠，沿表面形成水平沟道。

这里有几个对比鲜明的变化:

• 采用沟槽设计往往会增加电池的填充密度。这可能会让我们相信更高的电流密度和潜在的更低的R_DSONA应该出现在较早的一代。
• 相反，采用封闭单元设计的DTMOS VI器件的单元布局在模具上提供了更多的通道面积。

图3。东芝DTMOS IV SJ-MOSFET的扫描电容显微镜(SCM)图像，详细描述了相对掺杂剂浓度

显然，东芝认为平面布局更合适。DTMOS VI确实有更低的R_DSON因此，在这种情况下，电池布局必须取代由沟槽设计实现的填充密度。他们选择这样做的确切原因很难确定，但可能有几个因素在起作用:

• 沟槽设计往往有一个更复杂的制造过程与较高的光刻掩模计数。对准电荷平衡柱也是至关重要的，但也适用于平面结构。
• 可靠性和开关的权衡可能是一个因素，沟角处的高电场可能会带来挑战，因为开关sj - mosfet自然有一个大电容，所以需要小心地平衡所有相关器件指标，以确保高效和可靠的运行。特别是这些最新的设备在TOLL包索赔超过50%的开关损耗的开关。

650伏功率半导体器件极具竞争力，并将变得更加如此。汽车市场的机遇意味着每一种材料和制造商都试图通过独特的解决方案获得优势。虽然SiC和GaN自然处于这一电压等级，但SJ概念允许硅达到这一水平。电荷平衡柱在反向偏压下抵消MOSFET漂移区内的电荷，允许更重的漂移区掺杂，从而提供更低且具有竞争力的R_DSON值。

那么R是如何_DSON*东芝DTMOS VI的A与WBG的竞争对手?图4显示了R的曲线_DSON*如我们最新的Power Essentials分析师简报所示，A vs.击穿电压，可在TechInsights平台获取。黄色星号的器件是DTMOS VI，蓝色圆圈代表各种电压等级的SiC mosfet。

很明显，在这个度量上它无法竞争，我们已经观察到600 V Si sj - mosfet低至14 mΩ.cm²然而，正如我们的电力技术路线图所示，很难想象任何SJ-MOSFET会下降到10 mΩ.cm以下²随着这些设备扩展的限制被接近。

硅能真正保持竞争力的地方是成本。这些器件通常是在8英寸甚至12英寸的晶圆上制作的。SiC仍然只能在6英寸衬底上批量生产，起始材料和器件制造成本更昂贵。因此，虽然WBG在性能竞赛中领先，但要真正让硅的未来受到质疑，还需要设备制造的成本对等。

图4。R的比较_DSON*东芝sj - mosveet与SiC MOSFET的竞争对手