在手機(jī)快充、新能源汽車電驅(qū)、光伏逆變器等電力電子設(shè)備中，藏著一個(gè)關(guān)鍵“電子開關(guān)”——功率MOSFET。它的核心使命是快速控制電流的通斷，而“開關(guān)頻率”直接決定了設(shè)備的體積、效率和性能。頻率越高，能量轉(zhuǎn)換效率也越高。從早期的平面結(jié)構(gòu)到如今的超結(jié)和屏蔽柵結(jié)構(gòu)，功率MOSFET的幾次結(jié)構(gòu)迭代，本質(zhì)上都是一場(chǎng)圍繞“提升開關(guān)頻率”的優(yōu)化革命。

芯導(dǎo)科技完整布局了適合不同開關(guān)頻率應(yīng)用需求的MOSFET產(chǎn)品，包括12~200V中低壓產(chǎn)品，以及500~700V高壓MOS產(chǎn)品，采用平面、溝槽、屏蔽柵、超結(jié)等工藝技術(shù)，產(chǎn)品參數(shù)齊全，性能優(yōu)異，適用于手機(jī)、平板電腦、智能穿戴、電機(jī)、電源、網(wǎng)絡(luò)通訊、安防監(jiān)控、工業(yè)控制、光伏儲(chǔ)能等眾多領(lǐng)域。

閱讀導(dǎo)覽

1.平面結(jié)構(gòu)——高頻瓶頸初現(xiàn)（＜100KHz）

2.平面VDMOS——垂直導(dǎo)通初破局（＜100KHz）

3.溝槽柵結(jié)構(gòu)——立體設(shè)計(jì)提速高頻（＜500KHz）

4.屏蔽柵結(jié)構(gòu)——隔絕干擾再提頻（＜2MHz）

5.超結(jié)結(jié)構(gòu)——打破“平方效應(yīng)”枷鎖（高壓高頻應(yīng)用）

平面結(jié)構(gòu)——高頻瓶頸初現(xiàn)

平面 Plannar MOSFET結(jié)構(gòu)

第一代功率MOSFET采用簡(jiǎn)單的平面結(jié)構(gòu)，源極、漏極和柵極并排分布在半導(dǎo)體表面，柵極通過氧化層控制下方“導(dǎo)電溝道”的通斷。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是工藝簡(jiǎn)單、成本低，奠定了功率MOSFET的基礎(chǔ)，但在開關(guān)頻率優(yōu)化上存在先天短板。

平面VDMOS——垂直導(dǎo)通初破局

平面 Plannar VDMOS 結(jié)構(gòu)

平面VDMOS（垂直雙擴(kuò)散MOSFET）的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了第一次關(guān)鍵升級(jí)，核心創(chuàng)新是將電流導(dǎo)通方向從平面橫向改為垂直縱向，大幅優(yōu)化了電流路徑和器件集成度。其制造過程通過兩次擴(kuò)散工藝形成精準(zhǔn)的溝道長(zhǎng)度，且溝道長(zhǎng)度與光刻精度無(wú)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)更短溝道，同時(shí)采用多個(gè)單元并聯(lián)設(shè)計(jì)，能增大溝道寬度、提升電流容量。

不過平面VDMOS仍存在局限，其結(jié)構(gòu)等效于MOSFET與JFET的組合，漂移區(qū)相當(dāng)于JFET的溝道，導(dǎo)致導(dǎo)通電阻仍相對(duì)較大，且高頻下的寄生參數(shù)優(yōu)化有限。此外，漂移區(qū)的寬度和摻雜濃度對(duì)性能影響顯著，難以同時(shí)兼顧高耐壓和低損耗，這也為后續(xù)溝槽柵結(jié)構(gòu)的研發(fā)留下了改進(jìn)空間。

溝槽柵結(jié)構(gòu)——立體設(shè)計(jì)提速高頻

溝槽柵 Trench MOSFET 結(jié)構(gòu)

溝槽柵結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)打破了平面結(jié)構(gòu)的局限，工程師們不再局限于硅片表面，而是把柵極埋進(jìn)溝槽里，讓導(dǎo)電溝道從平面的橫向流動(dòng)變成垂直方向的縱向?qū)?，徹底改變了電流的流?dòng)路徑。

這種立體設(shè)計(jì)對(duì)開關(guān)頻率的優(yōu)化效果立竿見影：一方面，溝槽結(jié)構(gòu)大幅減小了柵極與漏極的重疊面積，柵漏寄生電容（Cgd）顯著降低，充電放電速度加快；另一方面，溝槽結(jié)構(gòu)能在單位面積內(nèi)集成更多導(dǎo)電單元，形成并聯(lián)的“微電流通道”，既降低了導(dǎo)通電阻，又提升了電流承載能力，為高頻工作提供了基礎(chǔ)。

憑借這些優(yōu)勢(shì)，溝槽柵MOSFET的開關(guān)頻率一舉突破到100kHz以上，成功應(yīng)用于手機(jī)充電器、電腦電源等高頻小型化設(shè)備中。

不過溝槽柵結(jié)構(gòu)也存在矛盾：為了進(jìn)一步降低導(dǎo)通電阻，需要增大硅片面積或增加溝槽密度，但這會(huì)導(dǎo)致其他寄生電容（如柵源電容Cgs）增大，反而限制頻率提升。解決這一矛盾，就需要更精細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

屏蔽柵結(jié)構(gòu)——隔絕干擾再提頻

屏蔽柵 SGT MOSFET 結(jié)構(gòu)

屏蔽柵結(jié)構(gòu)成為高頻優(yōu)化的核心方案，它在溝槽柵的基礎(chǔ)上增加了“屏蔽層”。具體來(lái)說，就是在柵極和漏極之間增設(shè)了一個(gè)導(dǎo)電的屏蔽層，并通過絕緣材料隔離，徹底隔絕了柵極與漏極之間的電場(chǎng)耦合。

屏蔽柵結(jié)構(gòu)對(duì)開關(guān)頻率的優(yōu)化核心是它能把最影響開關(guān)速度的反向傳輸電容（Crss，主要由Cgd構(gòu)成）降到極低水平。這意味著開關(guān)時(shí)的電荷損耗大幅減少，開關(guān)頻率能輕松提升到500kHz以上。同時(shí)，屏蔽層還能均勻分散電場(chǎng)，減少高頻工作時(shí)的電磁干擾（EMI），讓器件在高頻下更穩(wěn)定——就像給高速行駛的車輛加了減震器，既快又穩(wěn)。

根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同，屏蔽柵還分為上下結(jié)構(gòu)（適配低壓場(chǎng)景）和左右結(jié)構(gòu)（適配中壓場(chǎng)景），進(jìn)一步拓展了高頻應(yīng)用的范圍。

高壓高頻突破!

超結(jié)結(jié)構(gòu)——打破“平方效應(yīng)”枷鎖

超結(jié) SJ MOSFET 結(jié)構(gòu)

對(duì)于高壓場(chǎng)景（500V以上），傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的MOSFET面臨一個(gè)致命問題，即耐壓越高，導(dǎo)通電阻會(huì)按電壓的平方倍數(shù)增長(zhǎng)，導(dǎo)致開關(guān)損耗劇增，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)高頻工作。超結(jié)結(jié)構(gòu)的問世，徹底打破了這一物理枷鎖，實(shí)現(xiàn)了高壓與高頻的兼顧。

超結(jié)結(jié)構(gòu)的核心創(chuàng)新是“電荷平衡”：在硅片的漂移區(qū)，通過精密工藝制作出P型和N型半導(dǎo)體交替排列的柱狀結(jié)構(gòu)，就像在“電流通道”兩側(cè)建了一排“電荷蓄水池”。這種結(jié)構(gòu)能在高壓下快速耗盡漂移區(qū)的載流子，既保證了高耐壓性，又大幅降低了導(dǎo)通電阻——相比傳統(tǒng)高壓MOSFET，超結(jié)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通電阻可降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。

導(dǎo)通電阻的降低直接減少了開關(guān)損耗，讓高壓MOSFET的開關(guān)頻率從傳統(tǒng)的幾十kHz提升到100kHz以上，成為光伏逆變器、服務(wù)器電源等高壓高頻設(shè)備的核心器件。

綜上所述，站在電力電子技術(shù)革新的浪潮之巔，每一次結(jié)構(gòu)進(jìn)化，都是為突破效率與性能的極限。從平面到溝槽，從屏蔽柵到超結(jié)，功率MOSFET的演進(jìn)史，就是一部不斷挑戰(zhàn)高頻、高效、高功率密度的奮斗史。

芯導(dǎo)科技打造一系列適合高頻應(yīng)用的半導(dǎo)體產(chǎn)品，為客戶提供產(chǎn)品與服務(wù)保障。

企業(yè)介紹

芯導(dǎo)科技(Prisemi)專注于高品質(zhì)、高性能的模擬集成電路和功率器件的開發(fā)及銷售，總部位于上海市張江科學(xué)城。

公司于2009年成立，至今已獲國(guó)家級(jí)專精特新“小巨人”企業(yè)、“上市公司金牛獎(jiǎng)”、“上市公司金質(zhì)量獎(jiǎng)”、“功率半導(dǎo)體領(lǐng)軍企業(yè)”、“上海市規(guī)劃布局內(nèi)重點(diǎn)集成電路企業(yè)”、“高新技術(shù)企業(yè)”、“上海市科技小巨人企業(yè)”等榮譽(yù)資質(zhì)，并已擁有百余項(xiàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。公司已在上海證券交易所科創(chuàng)板上市，股票簡(jiǎn)稱"芯導(dǎo)科技"，股票代碼為688230.SH。

芯導(dǎo)科技專注于功率IC（鋰電池充電管理 IC、OVP過壓保護(hù) IC、音頻功率放大器、GaN 驅(qū)動(dòng)與控制IC、DC/DC電源IC等）以及功率器件（ESD、EOS/TVS、MOSFET、GaN HEMT、SiC MOS、SiC SBD、IGBT等）的開發(fā)及應(yīng)用。公司在深耕國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的同時(shí)，積極拓展海外市場(chǎng)，目前產(chǎn)品已遠(yuǎn)銷歐美日韓及東南亞等國(guó)家與地區(qū)，可應(yīng)用于移動(dòng)終端、網(wǎng)絡(luò)通信、安防工控、電源、儲(chǔ)能、汽車電子、光伏逆變器等領(lǐng)域。