垂直雙擴散MOSFET(VDMOS)由于具有獨特的高輸入阻抗、低驅動功率、高開關速度(多子導電器件)、優(yōu)越的頻率特性及低噪聲等特點。目前市場上使用較多的主要是N溝道增強型VDMOS產(chǎn)品，其也是目前各半導體公司開發(fā)生產(chǎn)的主流功率MOSFET產(chǎn)品。VDMOS器件是由無數(shù)個結構相同或相似的源胞并聯(lián)而成，每一個源胞就是一個最小的VDMOS結構單元，該結構中N++襯底上外延生長一層N-外延層，在N-外延層上生長薄薄的一層柵氧化層，在柵氧化層上淀積形成POLY(多晶硅)，通過自對準工藝加工形成PBODY阱區(qū)，在阱區(qū)內加工形成N+源區(qū)后，淀積生長PSG(磷硅玻璃)鈍化層，之后通過金屬化互聯(lián)形成源極S與柵極G，最后背面金屬化形成背面漏極D，這樣就構成了一個完整的VDMOS源胞結構。當器件工作時，在器件柵源之間施加一定的柵源電壓Vgs，達到器件開啟電壓Vth后，其柵極氧化層下會形成一層電子積累層，使溝道區(qū)域反型，在源極S與漏極D之間建立低阻的導電通道，形成S與D之間的電流通路。

　　VDMOS的器件結構

　　1. 器件的縱向結構

　　為了改善VDMOS器件的開關特性，令其更適合高頻工作，則需要提高器件的開關速度，因此在VDMOS的產(chǎn)品設計上要求進一步減少器件的各種寄生電容。在各種寄生電容中，柵電容的減少是在設計及工藝加工過程中最容易控制的措施，常規(guī)的辦法是加厚多晶硅柵極下面非溝道區(qū)域的氧化層厚度，一般由幾百?(10-10 m)增加到幾千甚至是一萬?左右。采用這種方法可以大大減少多晶硅柵極下的寄生電容，從而提高器件的開關速度。但事物總是具有兩面性的，在增加柵下氧化層厚度、減少柵寄生電容的同時，也帶來了開通時導通電阻的增加。因此通常在一般縱向結構的基礎上采用多層外延結構，從而達到在不改變器件反向擊穿電壓BVdss的情況下，進一步減少器件電阻的目的。

　　2. 器件的橫向結構

　　目前市場產(chǎn)品根據(jù)電流大小的不同分為單柵極條、雙柵極條以及多柵極條結構。按各家公司的產(chǎn)品電流設計，在3A以下的電流產(chǎn)品采用的多是單柵極條結構;在3~10A的電流范圍內采用的是雙柵極條結構;在10A以上應用中采用的則是多柵極條版圖結構。在源胞結構上，現(xiàn)有產(chǎn)品以方形源胞、條形源胞結構為主。從理論上來講條形源胞結構具有輸入電容小、導通電阻小和接觸面積大有利于減少寄生效應等優(yōu)勢，因此條形源胞將是后續(xù)產(chǎn)品的主要結構。

　　3. 終端結構

　　目前功率VDMOS結終端保護技術主要有場扳(FP)、場限環(huán)(FLR)、結終端擴展(JTE)以及橫向變摻雜(VLD)等。其中FP和FLR組合使用是一種改善表面擊穿特性常用的有效方法。FP可以有效地抑制表面電荷引起的低擊穿，F(xiàn)LR則可以減緩平面結曲率效應造成的PN結擊穿，且結構簡單，工藝兼容性好，因此將FP和FLR結合使用可以提高功率MOSFET的整體耐壓性能。目前，多數(shù)公司的VDMOS產(chǎn)品采用的是p+分壓環(huán)、多晶場板和金屬場板相結合的復合終端結構。

　　國產(chǎn)VDMOS器件產(chǎn)品性能

　　1. 參數(shù)特性

　　目前市場上的VDMOS器件主要是低中壓產(chǎn)品，耐壓范圍30~900V，閾值電壓在2~4V，電流范圍為1~20A。由于更高電壓的VDMOS器件的導通電阻會很大，則在大于900V的情況下一般均采用絕緣柵雙極型晶體管器件(IGBT)。國內VDMOS的常規(guī)設計一般是參考國際上功率器件巨頭公司IR和Fairchild相關產(chǎn)品的規(guī)格，經(jīng)各家公司優(yōu)化自有產(chǎn)品的常規(guī)參數(shù)，以達到優(yōu)于IR和Fairchild的指標。

　　2. EAS能力

　　單脈沖雪崩能量(EAS)定義了單次雪崩狀態(tài)下器件能夠消耗的最大能量，是代表器件強健能力的重要指標。

　　從測試電路上來看，器件導通時電流從VDD經(jīng)電感流過VDMOS到地。此時如果突然關斷器件，電流突變減小，電感中蓄積的能量需要釋放掉，會使電感在靠近VDMOS的漏極D產(chǎn)生一個很大的感應電動勢，當感應電動勢超過器件中寄生的PN結二極管的擊穿電壓時，VDMOS就會被反向擊穿。此時的電流被迫仍然從VDMOS流過，大電流高電壓使器件內部功耗增大，溫度上升，最終導致器件損壞。EAS就是評估器件承受反向耐量大小的可靠性指標。

　　影響EAS能力的因素有很多，器件的設計以及工藝條件等方面因素均會對器件的EAS性能產(chǎn)生較大影響。國內的一些公司經(jīng)過對影響EAS各種因素的長期研究，在器件相關性能上已經(jīng)達到進口器件的標準。

　　總結

　　目前國內功率器件產(chǎn)品還是以Bipolar為主，VDMOS在最近幾年才逐漸開始大規(guī)模生產(chǎn)，主要還是以平面柵結構為主。目前國內研發(fā)生產(chǎn)技術更新速度很快，使得國內產(chǎn)品質量逐漸提高，與國外進口產(chǎn)品在性能上的差距逐漸減少;同時由于國內生產(chǎn)VDMOS器件的人工成本低并且還有政府政策上的大力扶持(高新技術企業(yè)補貼及一些退稅、免稅政策等)，因此國內產(chǎn)品在相同性能下具備巨大的成本優(yōu)勢。低成本必然帶來價格上的競爭強勢，并吸引大量VDMOS終端使用客戶的注意力，終端市場的拉動將促進整個VDMOS行業(yè)在國內的快速發(fā)展。