本篇將繼續介紹東芝U-MOSⅩ-H 150V製程，首先來看U-MOSⅩ-H 150V的特點。MOSFET的關鍵特性包括提高電源效率，具有低導通電阻(RDS(ON))以減少傳導損耗，低閘極開關電荷(Qsw)，低輸出電荷(Qoss)和低反向恢復電荷(Qrr)，這些都有助於減少開關損耗。通常，縮小單元間距的設計能降低RDS(ON)，但可能會增加Qg、Qoss和Qrr。因此，品質因數(F.O.M)，如導通電阻與閘極開關電荷(RDS(ON)・Qsw)、導通電阻與輸出電荷(RDS(ON)・Qoss)和導通電阻與反向恢復電荷(RDS(ON)・Qrr)，是衡量MOSFET整體效能的重要指標。150V N通道功率MOSFET採用最新一代製程“U-MOSⅩ-H”，已應用於工業設備，包括資料中心和通訊基地台。相比“U-MOSⅧ-H”製程，新製程在RDS(ON)、RDS(ON)・Qsw、RDS(ON)・Qoss和RDS(ON)・Qrr上分別提高了38%、12%、20%和57%。此外，針對同步整流應用，產品線中新增了含有壽命控制技術的高速二極體(HSD)類型，進一步將RDS(ON)・Qrr提高了74%，並將操作溫度的最大額定值從150°C提高到175°C。這些特性有助於通過提高效率來實現電源增值，縮小規模和節省成本。（可參考圖1.）
圖1: Features, Effects and Values of U-MOSX-H 150V(註一:150V Power MOSFET U-MOSⅩ-H series for Telecom and data server Application note ) 接下來，我們將討論漏源導通電阻（RDS(ON)）。U-MOSX-H 150V 的導通電阻比傳統產品降低了38%，如圖2所示。U-MOSVIII-H 150V 採用了最先進的溝槽閘極設計。此外，通過改進矽製程和使用銅連接器降低封裝電阻，SOP Advance (N) (5x6) 和 TSON Advance (3x3) 的所有產品系列都採用了這項技術，廣泛應用於晶片上的 FET 區域。這不僅減少了傳導損耗，提高了電源效率，還通過減少並聯 MOSFET 的數量，實現了電源的小型化和成本節省，同時最大限度地減少了冷卻系統的需求。
圖2: RDS(ON) comparison by generation(註一:150V Power MOSFET U-MOSⅩ-H series for Telecom and data server Application note )
圖3:RDS(ON) comparison between Cu-connector and conventional structure(註一:150V Power MOSFET U-MOSⅩ-H series for Telecom and data server Application note ) 輸出電荷（Qoss）在開關操作中進行重複的充電和放電。柵極電容（Coss）導致功率損耗成為開關損耗的一部分。U-MOSX-H 150V的設計降低了與U-MOSVIII系列具有相同導通電阻的元件相比，Qoss增加了20%。（可參考圖4.）
圖4: Qoss comparison by generation with same on-resistance device(註一:150V Power MOSFET U-MOSⅩ-H series for Telecom and data server Application note) 在改變偏壓的瞬間，SR-MOSFET 中的反向恢復模式被觀察到，body diode在正向導通後迅速轉換方向。反向電流（IDR）在體二極體中持續一段時間（trr：反向恢復時間），直到n型半導體中累積的載子（電洞和電子）通過放電或重組消失（參見圖2.2.4）。這種反向電荷（Qrr）造成的開關損耗被稱為反向恢復損失。
圖5: Hole and electron behavior during reverse recovery mode (註一:150V Power MOSFET U-MOSⅩ-H series for Telecom and data server Application note) 選擇具有較低導通電阻的MOSFET或將MOSFET並聯可以降低總導通電阻。然而，這些方法可能會因為增加的Qrr而導致恢復損耗超過導通損耗。為了克服這一問題，開發了高速二極體（HSD）型號，這些型號進一步降低了Qrr，同時不犧牲其他性能特點，並通過引入載流子陷阱來限制載流子的重組遷移。圖6.展示了在反向恢復過程中，包含此功能的HSD產品與不包含此功能的標準（STD）產品之間的行為差異。標準（STD）U-MOSX-H型號相比於U-MOSVIII-H型號，其Qrr降低了57%，而HSD型U-MOSX-H相比於相同導通電阻等級的STD型U-MOSX-H，其Qrr降低了74%，與U-MOSVIII-H相比，則降低了89%。（可參考圖7.）
圖6: Differences in Bias-Inverted Behavior of Standard (STD) and High-Speed Diode(HSD) (註一:150V Power MOSFET U-MOSⅩ-H series for Telecom and data server Application note)
圖7: Qrr comparison by generation with same on-resistance device (註一:150V Power MOSFET U-MOSⅩ-H series for Telecom and data server Application note). 以上就是本篇針對TOSHIBA 150V U-MOS的參數特徵做介紹下一篇我們將討論 ,150V U-MOS應用在AC-DC和DC-DC的差異。 |
