31、功率应用中的薄芯片技术：原理、优势与应用影响

功率应用中的薄芯片技术：原理、优势与应用影响

1. 低压MOSFETs技术

在当今世界，电力电子领域的发展驱动力主要是能源效率和高功率密度，以实现节省空间的设计。低压功率MOSFET（电压等级在20 - 250 V之间）在众多应用中发挥着重要作用，如DC/DC转换器、开关电源、电机驱动器和D类音频放大器等。近年来，硅功率技术取得了巨大的发展，特别是在30 V左右的电压等级，占据了低压MOSFET市场的最大份额。

功率MOSFET的基本功能类似于继电器，用于电流的切换。其主要优化标准之一是在给定阻断电压下的导通电阻。为了实现这一目标，功率MOSFET由大量并联的MOSFET单元组成。为了能够切换高电流，通常使用所谓的“垂直晶体管”。在垂直晶体管中，用于容纳阻断状态下空间电荷区域的低掺杂漂移区延伸到源极和体区下方的器件内部，从而实现比横向MOSFET更高的单元封装密度。此外，所有并联的源极端子都布置在器件的正面，而所有并联的漏极端子都连接到背面。

在20世纪80年代，平面晶体管应运而生，其MOS沟道与晶圆表面共面。为了降低特定导通电阻（RON * A），20世纪90年代“沟槽晶体管”得到了广泛应用，其沟道沿沟槽结构的侧壁垂直定向。这不仅增加了沟道密度，还消除了平面晶体管的JFET区域。

在过去的十年中，沟槽晶体管得到了进一步优化，以至于在从源极到漏极的电阻链中，高掺杂晶圆衬底（图中的n +）部分的电阻不能再被忽略。过去，通过降低衬底材料的电阻率来解决这个问题，从锑掺杂的约20 mΩ - cm降低到砷衬底的3 mΩ - cm，再到磷掺杂衬底，其电阻率接近1 mΩ - cm。由于进一步大幅降低电阻率的可能性不大，因此目前降低电阻率的唯一方法是减小晶圆厚度。