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在過去的二十年間，MOSFET作為開關器件發展迅速。然而，由于MOSFET的通態功耗較高，導通電阻受擊穿電壓限制而存在一個極限，被稱為“硅極限”。為了突破這一限制，研發人員便引入了一種新型的半導體工藝——垂直雙擴散金屬氧化物半導體（VDMOS）。

VDMOS技術概述

VDMOS是一種被廣泛應用的新型功率半導體器件。以常規VDMOS為基礎，研發者引入了超結構，使得VDMOS不僅具有輸入阻抗高、開關速度快、工作頻率高、電壓控制、熱穩定性好、驅動電路簡單等特性，還去除了VDMOS導通電阻隨擊穿電壓急劇增大的缺點，從而顯著提升了系統效率。

目前，這種技術已經廣泛應用于手機、電腦、照明等消費電子產品，以及服務器電源、通訊電源等工業電子領域，甚至還廣泛應用于汽車電子領域的充電樁和車載充電器。

超結構VDMOS的特點

在這種超結構VDMOS中，耐壓層由交替的高摻雜N柱和P柱構成，其中N柱和P柱中的摻雜總量相等。在導通狀態下，電流從源極經由N柱流到漏極，而P柱內部則不存在導電通道。在阻斷狀態下，超結VDMOS的漂移區通過P柱的輔助耗盡作用在較低漏電壓下就完全耗盡。

由于這種完全耗盡，P柱與N柱中等量的異種電荷相互抵消，實現了電荷平衡。這樣，電場在漂移區中處處相等，使擊穿電壓近似于臨界電場與漂移區厚度的乘積，從而使得超結VDMOS的特征導通電阻與其擊穿電壓呈近似線性關系（1.32方甚至到1.03方），而不是傳統的2.5方關系，這使得我們可以進一步減小導通電阻。

超結實現工藝

要實現超結結構，我們主要有兩種工藝：多次外延工藝和深槽刻蝕加摻雜。多次外延工藝是在N型襯底上多次生長外延區，并在每次外延后都進行P型離子注入，并推結形成連續的P柱。

雖然這種方法可以形成具有良好晶格質量的超結耐壓層，并且缺陷和界面態較少，但是如果需要形成較好的超結形貌，每次外延層的厚度必須相對固定且較薄，這樣，隨著器件耐壓增大，外延次數也會增大，從而使得成本增加。

相比之下，深槽刻蝕加摻雜則是在外延層上刻蝕出深溝槽，然后再對槽進行內部摻雜。這種工藝有三種常見的摻雜方式，包括外延填充、斜角注入摻雜和氣相摻雜。

這種工藝實現的超結耐壓區相比多次外延工藝更能實現較小的深寬比，同時形成的超結區摻雜分布也較均勻，有利于降低導通電阻。

應用前景與挑戰

總的來說，無論是多次外延工藝，還是深槽刻蝕加摻雜，都為我們提供了實現超結VDMOS的可能。這種技術為電子產品提供了巨大的效率，已被廣泛應用，并展現出大量的潛力。

隨著研發人員對這一技術的進一步探索和改進，我們有理由相信，這種超結VDMOS技術的應用會更加廣泛，其效益也將更加顯著。對于消費者和工業用戶來說，這無疑是一種值得期待的發展。