最後更新:2026年10月8日功率半導體功率元件・電力電子中國大陸:超结结构

超接面結構是什麼

Super Junction

超接面結構是在漂移層中交替排列 p 型與 n 型柱,於關閉時使彼此空乏化以使電場均勻化的功率 MOSFET 結構。由於能在維持 n 柱高濃度的同時確保高耐壓,可在使用矽的情況下突破「導通電阻與耐壓的取捨極限」。廣泛用於600~900V 級的伺服器電源、太陽能逆變器與空調 PFC。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

超接面(SJ)結構是指在漂移層中交替排列 p 型與 n 型柱(pillar),於關閉時使彼此空乏化、讓電場均勻分布的功率 MOSFET 結構。於1990年代提出,使得在使用矽的情況下突破「導通電阻與耐壓的取捨極限(矽極限)」成為可能。

在一般的 MOSFET 中,為了提高耐壓必須降低漂移層的不純物濃度,而這直接導致導通電阻增加。在 SJ 結構中,p 柱與 n 柱的電荷相互抵消而空乏化,因此能在維持 n 柱高濃度的同時保持高耐壓。結果是在相同耐壓下,導通電阻可降至數分之1。

製造並不容易。使用的方法有挖深溝槽後以磊晶成長回填的方式,以及反覆多次進行磊晶成長與離子佈植以堆疊柱體的方式(多層磊晶,multi-epi),兩者的製程步驟都多、成本高。此外,p 與 n 的電荷平衡一旦偏移,耐壓便會急遽下降,因此濃度控制的精度左右良率。

SJ MOSFET 主要用於600~900V 級,廣泛應用於伺服器電源、太陽能逆變器、空調的 PFC 電路等。此電壓帶也是與 SiC 競爭的領域,正依成本與性能的平衡逐漸區隔市場。

超接面結構的常見問題

為什麼超接面能突破矽極限?
因為 p 型與 n 型柱的電荷相互抵消而空乏化,能在維持 n 柱高不純物濃度的同時確保高耐壓。一般為了提高耐壓必須降低濃度,進而導致導通電阻增加,而 SJ 結構能擺脫這個限制。
為什麼超接面的製造很困難?
因為必須挖深溝槽後以磊晶成長回填,或反覆多次進行磊晶成長與離子佈植以堆疊柱體(多層磊晶),製程步驟多、成本高。此外,p 與 n 的電荷平衡一旦偏移,耐壓便會急遽下降,因此濃度控制的精度直接左右良率。
SJ MOSFET 與 SiC MOSFET 如何區分使用?
兩者在600~900V 級競爭。SJ MOSFET 以矽為基礎,成本低、成熟度高,在頻率不太高的用途中較有優勢。SiC 在切換損耗與高溫運作上勝出,因此在高頻化、小型化價值高的用途中被選用。

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