芯导科技MOSFET工艺结构的发展与演进

在手机快充、新能源汽车电驱、光伏逆变器等电力电子设备中，藏着一个关键“电子开关”——功率MOSFET。它的核心使命是快速控制电流的通断，而“开关频率”直接决定了设备的体积、效率和性能。频率越高，能量转换效率也越高。从早期的平面结构到如今的超结和屏蔽栅结构，功率MOSFET的几次结构迭代，本质上都是一场围绕“提升开关频率”的优化革命。

芯导科技完整布局了适合不同开关频率应用需求的MOSFET产品，包括12~200V中低压产品，以及500~700V高压MOS产品，采用平面、沟槽、屏蔽栅、超结等工艺技术，产品参数齐全，性能优异，适用于手机、平板电脑、智能穿戴、电机、电源、网络通讯、安防监控、工业控制、光伏储能等众多领域。

阅读导览

1.平面结构——高频瓶颈初现（＜100KHz）

2.平面VDMOS——垂直导通初破局（＜100KHz）

3.沟槽栅结构——立体设计提速高频（＜500KHz）

4.屏蔽栅结构——隔绝干扰再提频（＜2MHz）

5.超结结构——打破“平方效应”枷锁（高压高频应用）

平面结构——高频瓶颈初现

平面 Plannar MOSFET结构

第一代功率MOSFET采用简单的平面结构，源极、漏极和栅极并排分布在半导体表面，栅极通过氧化层控制下方“导电沟道”的通断。这种结构的优势是工艺简单、成本低，奠定了功率MOSFET的基础，但在开关频率优化上存在先天短板。

平面VDMOS——垂直导通初破局

平面 Plannar VDMOS 结构

平面VDMOS（垂直双扩散MOSFET）的出现实现了第一次关键升级，核心创新是将电流导通方向从平面横向改为垂直纵向，大幅优化了电流路径和器件集成度。其制造过程通过两次扩散工艺形成精准的沟道长度，且沟道长度与光刻精度无关，可实现更短沟道，同时采用多个单元并联设计，能增大沟道宽度、提升电流容量。

不过平面VDMOS仍存在局限，其结构等效于MOSFET与JFET的组合，漂移区相当于JFET的沟道，导致导通电阻仍相对较大，且高频下的寄生参数优化有限。此外，漂移区的宽度和掺杂浓度对性能影响显著，难以同时兼顾高耐压和低损耗，这也为后续沟槽栅结构的研发留下了改进空间。

沟槽栅结构——立体设计提速高频

沟槽栅 Trench MOSFET 结构

沟槽栅结构的出现打破了平面结构的局限，工程师们不再局限于硅片表面，而是把栅极埋进沟槽里，让导电沟道从平面的横向流动变成垂直方向的纵向导通，彻底改变了电流的流动路径。

这种立体设计对开关频率的优化效果立竿见影：一方面，沟槽结构大幅减小了栅极与漏极的重叠面积，栅漏寄生电容（Cgd）显著降低，充电放电速度加快；另一方面，沟槽结构能在单位面积内集成更多导电单元，形成并联的“微电流通道”，既降低了导通电阻，又提升了电流承载能力，为高频工作提供了基础。

凭借这些优势，沟槽栅MOSFET的开关频率一举突破到100kHz以上，成功应用于手机充电器、电脑电源等高频小型化设备中。

不过沟槽栅结构也存在矛盾：为了进一步降低导通电阻，需要增大硅片面积或增加沟槽密度，但这会导致其他寄生电容（如栅源电容Cgs）增大，反而限制频率提升。解决这一矛盾，就需要更精细的结构设计。

屏蔽栅结构——隔绝干扰再提频

屏蔽栅 SGT MOSFET 结构

屏蔽栅结构成为高频优化的核心方案，它在沟槽栅的基础上增加了“屏蔽层”。具体来说，就是在栅极和漏极之间增设了一个导电的屏蔽层，并通过绝缘材料隔离，彻底隔绝了栅极与漏极之间的电场耦合。

屏蔽栅结构对开关频率的优化核心是它能把最影响开关速度的反向传输电容（Crss，主要由Cgd构成）降到极低水平。这意味着开关时的电荷损耗大幅减少，开关频率能轻松提升到500kHz以上。同时，屏蔽层还能均匀分散电场，减少高频工作时的电磁干扰（EMI），让器件在高频下更稳定——就像给高速行驶的车辆加了减震器，既快又稳。

根据应用场景不同，屏蔽栅还分为上下结构（适配低压场景）和左右结构（适配中压场景），进一步拓展了高频应用的范围。

高压高频突破!

超结结构——打破“平方效应”枷锁

超结 SJ MOSFET 结构

对于高压场景（500V以上），传统结构的MOSFET面临一个致命问题，即耐压越高，导通电阻会按电压的平方倍数增长，导致开关损耗剧增，根本无法实现高频工作。超结结构的问世，彻底打破了这一物理枷锁，实现了高压与高频的兼顾。

超结结构的核心创新是“电荷平衡”：在硅片的漂移区，通过精密工艺制作出P型和N型半导体交替排列的柱状结构，就像在“电流通道”两侧建了一排“电荷蓄水池”。这种结构能在高压下快速耗尽漂移区的载流子，既保证了高耐压性，又大幅降低了导通电阻——相比传统高压MOSFET，超结结构的导通电阻可降低一个数量级。

导通电阻的降低直接减少了开关损耗，让高压MOSFET的开关频率从传统的几十kHz提升到100kHz以上，成为光伏逆变器、服务器电源等高压高频设备的核心器件。

综上所述，站在电力电子技术革新的浪潮之巅，每一次结构进化，都是为突破效率与性能的极限。从平面到沟槽，从屏蔽栅到超结，功率MOSFET的演进史，就是一部不断挑战高频、高效、高功率密度的奋斗史。

芯导科技打造一系列适合高频应用的半导体产品，为客户提供产品与服务保障。

企业介绍

芯导科技(Prisemi)专注于高品质、高性能的模拟集成电路和功率器件的开发及销售，总部位于上海市张江科学城。

公司于2009年成立，至今已获国家级专精特新“小巨人”企业、“上市公司金牛奖”、“上市公司金质量奖”、“功率半导体领军企业”、“上海市规划布局内重点集成电路企业”、“高新技术企业”、“上海市科技小巨人企业”等荣誉资质，并已拥有百余项知识产权。公司已在上海证券交易所科创板上市，股票简称"芯导科技"，股票代码为688230.SH。

芯导科技专注于功率IC（锂电池充电管理 IC、OVP过压保护 IC、音频功率放大器、GaN 驱动与控制IC、DC/DC电源IC等）以及功率器件（ESD、EOS/TVS、MOSFET、GaN HEMT、SiC MOS、SiC SBD、IGBT等）的开发及应用。公司在深耕国内市场的同时，积极拓展海外市场，目前产品已远销欧美日韩及东南亚等国家与地区，可应用于移动终端、网络通信、安防工控、电源、储能、汽车电子、光伏逆变器等领域。