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初创公司mqSemi推出了一种适用于功率MOS器件的单点源MOS（S-MOS）单元设计。利用SilvacoVictory工艺和器件软件，采用S-MOS概念，并在VSiCMOSFET结构上实现。如参考文献所述，提供了一整套静态和动态结果，用于比较S-MOS与采用平面和沟槽栅MOS单元设计的SiCMOSFET2D结构。

多年来，MOS单元制造和设计平台极大地提高了功率MOSFET和绝缘栅双极晶体管（IGBT）等硅基功率器件的性能。这两种器件都由平面或沟槽栅MOS单元组成，这些单元以胞元或线性模式构成。

用硅基MOS器件获得的结果可以应用于需要高胞元封装密度的SiC功率MOSFET制造。在过去几年中，人们提出了先进的3D设计概念，以改善器件的静态和动态特性。这些3D拓扑与低压FinFET胞元结构有关，该结构使用多维沟道宽度来提高胞元密度并降低RDS（on）（导通电阻）。

将SiC用作功率器件材料的好处之一是能够采用许多众所周知的硅器件概念和加工工艺。垂直肖特基二极管或垂直功率MOSFET（通过JFET适当变化后）是基本器件结构的示例。因此，许多用于确保硅器件长期稳定性的工艺也可用于SiC。然而，仔细观察发现，与硅基器件相比，SiC基器件需要额外且独特的可靠性测试，例如材料的独特性能和缺陷、更大的带隙和更高的电场，尤其是在结端区域，以及在更高温度和开关频率下的工作。

S-MOS单元概念

与这种三维结构趋势相一致的是由初创公司mqSemi开发的“单点源”MOS单元概念（也称为S-MOS）。mqSemi由MunafRahimo和IulianNistor创立，总部位于瑞士，致力于开发先进的功率半导体概念，解决电动交通、汽车和可再生能源等应用领域的下一代电力电子系统。mqSemi在过去两年中申请了20多项专利，已经完成了大量仿真，现在已经准备好进入原型生产阶段。mqSemi团队在IGBT方面获得的多年经验和知识，在解决碳化硅MOSFET的关键问题方面发挥了很大作用，例如降低损耗、提供可靠的短路模式和阻断行为、栅极驱动控制和高频振荡抑制。

mqSemi的发言人Rahimo和Nistor说：“我们相信，为了一个可持续发展的世界，我们需要基于高效、紧凑、可靠和成本效益高的功率半导体器件的应用，这些器件是以技术进步和创新为中心的。”。

S-MOS的好处有两方面：一方面，它使用一种独特的方法（也称为沟道面积）精确地定义了沟道的总宽度；另一方面，它可以实现更高的MOS胞元封装密度。此外，S-MOS概念可以在MOSFET和IGBT上实现，从而提高开关性能，同时实现更高的效率和更低的总体损耗。

S-MOS单元与标准平面栅和沟槽栅MOS单元的不同之处在于每个器件的总沟道宽度（Wch参数）是如何设计的。如图1a和图1b所示，平面或沟槽栅MOS单元的沟道宽度Wch定义为围绕N++源的总外围距离，它还取决于MOS单元排列的几何形状（线性或胞元布局设计）。图1c所示的S-MOS单胞元沟道宽度Wch由N++源和P沟道结WPNJ长度的小尺度尺寸定义。通过将该小几何特征定位在沟槽侧壁上，可提供预定的单位沟道长度Wchn。对于S-MOS，N++和P沟道剖面类似于平面单元的剖面，但位于沟槽侧壁上。因此，总沟道宽度取决于每个芯片的选通沟道侧壁总数。如图1c（红色虚线）底部所示，N++/P通道结的形状可近似为“四分之一圆”，对于单个沟槽侧壁而言，Wchn的尺寸约为-nm。给定芯片面积的总Wch可作为所有沟槽侧壁上所有Wchn的总和获得。

图1:S-MOS单元概念（图片来源：[1]）

通过在VSiCMOSFET上进行的2D和3DTCAD仿真，包括S-MOS和参考平面和沟槽栅结构，证明了S-MOS的概念。

mqSemi的发言人说：“在仿真过程中，我们在沟槽的侧壁上发现了一个我们没有预料到的非常特殊的特征，我们可以得到所谓的沟道宽度，它定义了基于扩散剖面的总沟道密度。”。

仿真是在VSiCMOSFET上进行的，因为通过Rds（on）测量的静态损耗不难评估。同样的技术也可以应用于不同的电压等级。对所有器件结构（S-MOS、沟槽和2D平面）进行了静态和混合模式电感负载动态仿真，这些结构的总有效面积为1cm2。通过仿真获得的输出电压-电流特性如图2所示。上图指的是高达V的电压范围，而下图指的是在Vgs=15V和°C时放大到1V的电压范围。S-MOS概念提供了较低的Rdson电平（约3m?/平方厘米

°C），类似于沟槽式胞元。然而，如图2所示，与其它参考模型相比，S-MOS还提供平坦的饱和电流。

图2:1.2kVSiCMOSFET输出曲线，Vgs=15V

°C（图片来源：[1]）

mqSemi的发言人说：“我们发现，我们有更好的开关可控性，这就是进入3D设计的全部想法。与沟槽式胞元相比，获得了大大降低的开关损耗，有了更大的设计自由度，可以进一步优化它，获得更高的胞元密度。”。

在°C下仿真了所有器件的短路电流，展示了S-MOS如何减少短沟道效应，并改善了传导损耗和短路性能之间的权衡。尽管S-MOS概念仍然需要进一步的设计优化，但所展示的性能非常有希望，mqSemi认为已经为下一阶段做好了准备，即原型设计。

参考文献：

[1]M.T.Rahimo,I.Nistor,D.Green:“AdvancedVSiCMOSFETbasedonSingularPointSourceMOS(S-MOS)Technology”

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