Applied Novel Devices （AND） 是一家提供適用于分立和集成功率器件的新型半導(dǎo)體器件架構(gòu)的供應(yīng)商，其采用亞 30-μm 襯底的新型硅功率 MOSFET （ANDFET） 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了行業(yè)重大突破這為快速開(kāi)關(guān)和電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用提供了顯著優(yōu)勢(shì)。這些部件由美國(guó)擁有的半導(dǎo)體制造商和國(guó)防部認(rèn)可的可信賴供應(yīng)商 SkyWater Technology 制造。這種新技術(shù)提供了接近于零的反向恢復(fù)損耗，為硅帶來(lái)了通常僅在氮化鎵技術(shù)中才能看到的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)保持了硅的成本和兼容性優(yōu)勢(shì)。

功率晶體管

標(biāo)準(zhǔn)硅功率晶體管具有光刻定義的特性、受處理和工藝復(fù)雜性限制的垂直厚度以及導(dǎo)致反向恢復(fù)損耗的寄生二極管。ANDFET 使用自對(duì)準(zhǔn)垂直 MOSFET 架構(gòu)解決了所有這些限制，以推動(dòng)光刻限制并提高功率密度，新穎的薄晶體工藝可在生產(chǎn)就緒的 8 英寸晶圓中產(chǎn)生機(jī)械堅(jiān)固的亞 30 微米硅，并消除寄生二極管接近理想的反向恢復(fù)特性。

AND 成立于 2008 年，總部位于德克薩斯州奧斯汀的團(tuán)隊(duì)實(shí)施了卓越的創(chuàng)新，以使硅功率 MOSFET在主流應(yīng)用中得以延續(xù)。該團(tuán)隊(duì)包括首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人 Leo Mathew，他曾在飛思卡爾半導(dǎo)體任職期間榮獲 2006 年 EE Times 年度創(chuàng)新者獎(jiǎng)，以表彰他對(duì) ITFET 的創(chuàng)新，該技術(shù)展示了 CMOS 器件的垂直和水平通道區(qū)域。

在APEC 上，AND 展示了其提供高效電源轉(zhuǎn)換的新型 Si 功率 MOSFET。Mathew 和 AND 的部分成員出席了 APEC，包括首席技術(shù)官 Rajesh Rao；Kevin Lally，半導(dǎo)體行業(yè)資深人士、董事會(huì)董事、早期投資者/顧問(wèn)；Vishal Trivedi 是技術(shù)總監(jiān)，也是《超薄體 MOSFET 和 FINFET 基礎(chǔ)知識(shí)》一書(shū)的合著者。Trivedi 在 APEC 上展示了 ANDFET 技術(shù)的工作，并在 8 英寸晶圓代工廠中推出了具有類 GaN 性能的新型 20 微米厚硅。該技術(shù)最初針對(duì)電池保護(hù)、負(fù)載開(kāi)關(guān)和 15V 至 100V 范圍內(nèi)的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)。

“如果你看一下GaN 器件，除了導(dǎo)通電阻 ［R DS（on） ］ 之外，最大的優(yōu)勢(shì)是開(kāi)關(guān)性能，尤其是 ［接近零］ 反向恢復(fù)，但我們已經(jīng)證明我們可以在硅，”馬修說(shuō)?！耙?yàn)樗挥?20 μm 厚，所以它的導(dǎo)通電阻組件也非常低?！?/p>

在業(yè)界，設(shè)計(jì)師考慮添加一個(gè)肖特基?！叭绻闾砑右粋€(gè)肖特基，它會(huì)變得更加泄漏，當(dāng)然，亞閾值斜率是不好的，”Trivedi 說(shuō)?！拔覀儾恍枰ぬ鼗鶃?lái)消除反向恢復(fù)，它具有非常低的泄漏，具有非常好的 60 mV 亞閾值?！?/p>

AND 功率 MOSFET

功率 MOSFET 是專為切換高壓和大電流信號(hào)而設(shè)計(jì)的分立晶體管器件，廣泛用于工業(yè)、汽車和消費(fèi)類應(yīng)用的電源應(yīng)用。這些領(lǐng)域?qū)Ω咝щ娫唇鉀Q方案的需求不斷增加，這提出了更高的挑戰(zhàn)性要求，例如高開(kāi)關(guān)頻率、減少占地面積和重量以及更好的熱管理。

據(jù) AND 介紹，開(kāi)發(fā)的新型 Si 功率 MOSFET 具有以下優(yōu)點(diǎn)：

近乎零的反向恢復(fù)損耗，對(duì)于硅基器件來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)偉大的成就（通常只見(jiàn)于寬帶隙技術(shù)，例如 GaN）

通過(guò)新型晶圓級(jí)封裝實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)器件和多芯片模塊的縮小尺寸

電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用中的更高工作頻率

2× 較低的輸出電荷

超低 Q OSS

低漏電流

接近理想的亞閾值斜率

低特定導(dǎo)通電阻（在 30-V BV DSS時(shí)低至 5 mΩ/mm 2）

低柵極驅(qū)動(dòng)，低至 2.5 V（邏輯電平驅(qū)動(dòng)）

亞 30 微米襯底，采用薄晶技術(shù)制造

低 R DS（on）和接近零的反向恢復(fù)可實(shí)現(xiàn)更高的效率，并有助于減少電源和電機(jī)控制等應(yīng)用中解決方案的組件數(shù)量和總體成本。由于低 R DS（on）、低柵極驅(qū)動(dòng)和低輸出電荷的組合，軟和諧振開(kāi)關(guān)應(yīng)用的性能也可以得到改善。此外，薄型設(shè)計(jì)提供了出色的熱管理和更好的溫度變化免疫力，并可能有助于實(shí)現(xiàn)固有的抗輻射特性。

據(jù) Mathew 介紹，AND 開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)特的技術(shù)，將類 GaN 性能的優(yōu)勢(shì)帶入主流 Si MOSFET。

圖 3 顯示了基于 AND 新技術(shù)的器件、工業(yè)器件和具有肖特基體二極管的工業(yè)器件的傳輸特性曲線。根據(jù) Mathew 的說(shuō)法，ANDFET 具有行業(yè)記錄、近乎理想的子器件- 閾值斜率、低柵極驅(qū)動(dòng)電壓和低漏電流。

圖 3：不同 MOSFET 的傳輸特性

ANDFET 和工業(yè)功率器件的導(dǎo)通電阻特性比較如圖 4 所示。在這里，我們可以看到與傳統(tǒng)的 ANDFET 相比，ANDFET 表現(xiàn)出更低的 R DS（on）和非常低的柵極驅(qū)動(dòng) （大約 2.5 V，對(duì)應(yīng)于邏輯電平電壓）。

圖 4：導(dǎo)通電阻特性

AND 專有的通道工程技術(shù)提供了卓越的品質(zhì)，可以幫助電源管理系統(tǒng)顯著減少寄生損耗。這將提高工業(yè)和消費(fèi)市場(chǎng)中各種應(yīng)用的電源管理和轉(zhuǎn)換效率，包括數(shù)據(jù)中心、汽車、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、可再生能源系統(tǒng)的微型逆變器等等（圖 5）。

圖 5：性能與額定電壓 - 功率 MOSFET

據(jù) AND 介紹，其技術(shù)在 DC/DC 電源轉(zhuǎn)換器等應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢(shì)。此外，由于接近零的反向恢復(fù)和低輸出電容，不需要集成或獨(dú)立的肖特基鉗位二極管。這些提高效率的特性使該技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)硅基 MOSFET 通常無(wú)法處理的高頻電壓轉(zhuǎn)換應(yīng)用具有吸引力。由于這些功率 MOSFET 支持高頻率，因此減小了無(wú)源元件尺寸，從而產(chǎn)生了微型功率模塊，從而促進(jìn)了系統(tǒng)級(jí)效率的進(jìn)一步提升（圖 6）。

圖 6：接近零的反向恢復(fù)損耗

今年早些時(shí)候，AND 和 SkyWater 宣布，兩家公司已簽訂許可和制造協(xié)議，以提供新的晶體管技術(shù)，為快速開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用提供顯著優(yōu)勢(shì)。

SkyWater 總部位于明尼蘇達(dá)州布盧明頓，將生產(chǎn)基于新技術(shù)的硅功率器件，使 AND 能夠?yàn)楣I(yè)和消費(fèi)應(yīng)用提供 15 至 80 V 的晶圓級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)封裝產(chǎn)品。AND 打算擴(kuò)展其產(chǎn)品線，包括一系列用于電動(dòng)汽車、可再生能源和不同工業(yè)應(yīng)用的產(chǎn)品，電壓范圍為 200 至 1，000 V。AND 還致力于在 SiC 和 GaN 中實(shí)施其專有器件架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)解決一些挑戰(zhàn)并進(jìn)一步提高其性能。

在產(chǎn)品可用性方面，AND 正在對(duì)新的 ANDFET 進(jìn)行采樣，并將在 SkyWater 8 英寸晶圓廠開(kāi)始大批量生產(chǎn)。晶圓級(jí)設(shè)備將根據(jù)當(dāng)前電路板和系統(tǒng)的精確外形尺寸進(jìn)行定制。

審核編輯：郭婷