Новые MOSFETs: нет лавинному пробою
Крупнейший европейский производитель полупроводниковой техники STMicroelectronics является и одним из ведущих мировых поставщиков силовых транзисторов MOSFET. Тем не менее, на российском рынке известность компании в этом секторе - явно меньше, чем она того заслуживает. В данный момент ST активно развивает силовое направление: расширяется номенклатура товаров, используются новые высокотехнологичные решения при разработке топологий кристаллов, что ведет к улучшению характеристик.
Семейства низковольтных транзисторов от ST имеют общее название STripFET и отличаются индексом, который соответствует порядковому номеру поколения технологии (рисунок 1).
Рис. 1. Развитие технологии STripFET
Технология STripFET III была представлена в 2005 году, по ней выполнены транзисторы серий «N...F3» и «N&NH». Транзисторы STripFET V серий «F5» и «H5» появились в 2008 году. В этом же году начали производиться транзисторы серии «F4», выполненные по технологии STripFET DeepGATE. В последующем эта технология была усовершенствована до STripFET VI DeepGATE - серии «F6» и «H6».
Рис. 2. Иллюстрация преимуществ транзисторов с глубинным затвором
Как правило, полевые транзисторы характеризуются тремя основными параметрами: сопротивление между стоком и истоком транзистора в открытом состоянии - RDson или RСИ, максимальное напряжение между стоком и истоком - BVDSS или UСИ, MAX и полный заряд затвора, требуемый для переключения транзистора - QG.
Основные характеристики транзисторов, выполненных по технологии STripFET III, представлены в таблице 1. На месте символа «х» в таблицах 1, 2, 3 и 5 подставляется буквенное обозначение типа корпуса (см. рисунок 3).
Рис. 3. Система обозначений транзисторов STMicroelectronics
Таблица 1. Номенклатура транзисторов STripFET III
| Наименование | Статус | Uси, max, В | Iс, max, А | Rси, мОм | Полный заряд затвора, нКл | Pс, max, Вт | Корпус |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Серия «N&NH» | |||||||
| STV300NH02L | Серия | 24 | 300 | 1 | 109,4 | 300 | PowerSO 10 |
| STB300NH02L | Серия | 24 | 120 | 2,2 | – | 300 | D2PAK |
| STB230NH03L | Серия | 30 | 120 | 3 | 80 | 300 | D2PAK |
| STS9D8NH3LL | Серия | 30 | 8 | 2,5 | 7 | 2 | SO8 |
| Серия «N…F3» | |||||||
| STx100N3LF3 | Серия | 30 | 80 | 5,5 | 20 | 110 | DPAK |
| STx200N4F3 | Серия | 40 | 120 | 4,4 | 75 | 300 | D2PAK/TO 220 |
| STx270N4F3 | Серия | 40 | 160/120/270 | 2,5/2,9/1,5 | 110 | 330 | D2PAK/I2PAK/PowerSO 10 |
| STx95N4LF3 | Серия | 40 | 80 | 6 | 50 | 110 | DPAK |
| STx90N4F3 | Серия | 40 | 80 | 6,5 | 40 | 110 | DPAK/TO 220/IPAK/I2PAK |
| STx95N4F3 | Серия | 40 | 80 | 6,5 | 40 | 110 | DPAK/TO 220 |
| STx190N55LF3 | Серия | 55 | 120 | 3,7 | 60 | 312 | TO 220 |
| STx250N55F3 | Серия | 55 | 250 | 2,2 | 100 | 300 | PowerSO 10 |
| STx180N55F3 | Серия | 55 | 120 | 3,5/3,8 | 105 | 315 | D2PAK/TO 220 |
| STx185N55F3 | Серия | 55 | 120 | 3,8 | 110 | 315 | D2PAK/TO 220 |
| STx60N55F3 | Серия | 55 | 65 | 8,5 | 33,5 | 110 | D2PAK/DPAK/TO 220/IPAK |
| STx65N55F3 | Серия | 55 | 65 | 10,5 | 33,5 | 110 | DPAK |
| STx65N55LF3 | Образцы | 55 | 65 | 8,5 | 33,5 | 110 | DPAK |
| STx200N6F3 | Серия | 60 | 120 | 3,6/3,9/3,9 | 100 | 330 | D2PAK/I2PAK/TO 220 |
| STx85N6F3 | Серия | 60 | 19 | 5,7 | 60 | 4 | VFDFPN8 |
| STx160N75F3 | Серия | 75 | 85/120 | 3,7/4 | 110/85 | 315 | D2PAK/TO 220/TO 247 |
| STx240N75F3 | Серия | 75 | 240 | 2,6 | 100 | 300 | PowerSO 10 |
| STx180N10F3 | Образцы | 100 | – | – | – | – | TO 220 |
| STx5N15F3 | Серия | 150 | 4,50 | 57 | 35 | – | SO8 |
| STx25N15F3 | Серия | 150 | 25 | 57 | 35 | – | VFDFPN8 |
| STx70N6F3 | Анонс | – | – | 10,5 | 35 | 110 | DPAK |
Транзисторы STripFET V стали следующей ступенью развития технологии STripFET. По сравнению с предыдущим поколением STripFET V имеет следующие усовершенствования:
- Снижено сопротивление слоя металла благодаря увеличению его толщины,
- Улучшена структура затвора,
- Использован вертикальный контакт m-trench
Эти улучшения привели к снижению сопротивления канала и уменьшению полного заряда затвора. Так, например, применение технологии вертикального контакта m-trench снижает сопротивление открытого канала в среднем на 10...15%.
Таблица 2. Номенклатура транзисторов STripFET V| Наименование | Статус | Uси, max, В | Iс, max, А | Rси, мОм | Полный заряд затвора, нКл | Pс, max, Вт | Корпус |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Серия «F5» | |||||||
| STD55N4F5 | Серия | 40 | 55 | 8,5 | 30 | 60 | DPAK |
| STL140N4LLF5 | Серия | 40 | 140 | 2,7 | 45 | – | VFDFPN8 |
| STL15DN4F5 | Серия | 40 | 15 | 0,9 | 25 | – | VFDFPN8 |
| STL70N4LLF5 | Серия | 40 | 18 | 0,9 | 13 | – | VFDFPN8 |
| STS15N4LLF5 | Серия | 40 | 15 | 6,7 | 12,9 | – | SO8 |
| Серия «H5» | |||||||
| STD86N3LH5 | Серия | 30 | 80 | 5 | 14 | 70 | DPAK |
| STL150N3LLH5 | Серия | 30 | 34 | 2 | 42 | 80 | VFDFPN8 |
| STL65N3LLH5 | Серия | 30 | 19 | 5,8 | 12 | 60 | VFDFPN8 |
| STL9N3LLH5 | Серия | 30 | – | 5,4 | 12 | 50 | VFQFPN Power Flat 8L 3,3x3,3 |
| STS10DN3LH5 | Серия | 30 | 10 | 21 | 4,6 | 2,5 | SO8 |
| STS10N3LH5 | Серия | 30 | 10 | 21 | 4,6 | 2,5 | SO8 |
| STS11N3LLH5 | Серия | 30 | 11 | 14 | 5 | – | SO8 |
| STS14N3LLH5 | Серия | 30 | 14 | 7 | – | – | SO8 |
| STS8DN3LLH5 | Серия | 30 | 10 | 19 | 5,4 | 2,7 | SO8 |
| STx27N3LH5 | Серия | 30 | 27 | 19 | 4,6 | 30/45/30 | DPAK/TO 220/IPAK |
| STx40N2LH5 | Серия | 25 | 40 | 12 | 8 | 35 | DPAK/IPAK |
| STx60N3LH5 | Серия | 30 | 48 | 8 | – | 60 | DPAK/TO 220/IPAK |
| STx70N2LH5 | Серия | 25 | 48 | 10 | 8 | 60 | DPAK/IPAK |
| STx85N3LH5 | Серия | 30 | 80 | 5,4 | 14 | 70 | DPAK/TO 220/IPAK |
| STx95N2LH5 | Серия | 25 | 80 | 6 | 13,4/25/13,4 | 70 | DPAK/TO 220/IPAK |
| STD35N3LH5 | Анонс | – | – | 16 | 6 | 35 | DPAK |
| STL60N3LLH5 | Анонс | – | – | – | – | – | VFDFPN8 |
| STL75N3LL2H5 | Анонс | – | 75 | 6,1 | – | – | VFDFPN8 |
| STS12N3LLH5 | Анонс | – | – | 7,3 | 8 | 2,7 | SO8 |
Отличительной особенностью последнего на данный момент поколения низковольтных транзисторов ST является использование глубинного затвора. Данная технология, названная «DeepGATE», позволяет решить проблему паразитных транзисторов, повысить устойчивость кристалла к лавинному пробою и повысить плотность структуры кристалла.
Сопротивление открытого канала RDSon транзистора с глубинным затвором уменьшается за счет исключения сопротивления паразитного транзистора - RJFET (см. рисунок 2).
В таблице 3 представлены транзисторы компании STMicroelectronics, изготовленные с применением технологии STripFET VI DeepGATE.
Таблица 3. Номенклатура транзисторов STripFET VI DeepGATE
| Наименование | Статус | Uси, max, В | Iс, max, А | Rси, мОм | Полный заряд затвора, нКл | Pс, max, Вт | Корпус |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Серия «H6» | |||||||
| STL11N3LLH6 | Анонс | 30 | 11 | 7,5 | 17 | – | VFQFPN Power Flat 8L 3.3x3.3 |
| STL17N3LLH6 | Серия | 30 | 17 | 3,6 | 15 | 50 | VFDFPN8 |
| STL80N3LLH6 | Анонс | 30 | – | 5 | 17 | 60 | VFDFPN8 |
| STL90N3LLH6 | Серия | 30 | 24 | 4 | 15 | 60 | VFDFPN8 |
| STS20N3LLH6 | Серия | 30 | 20 | 4 | 15 | 2,7 | SO8 |
| STS30N3LLH6 | Серия | 30 | 30 | 2 | – | 2,7 | SO8 |
| STx155N3LH6 | Анонс | – | 80 | 3 | – | –/110 | D2PAK/DPAK |
| STx95N3LLH6 | Серия | 30 | 80 | 4,2 | 24,5 | 70 | D2PAK/DPAK/TO 220 IPAK |
| STx150N3LLH6 | Серия | 30 | 80/150/–/80 | 2,8/2/–/3,3 | 29 | 110/80/–/110 | DPAK/VFDFPN8/TO 220/IPAK |
| STx75N3LLH6 | Серия | 30 | 75,00 | 5,90 | 17 | – | DPAK/IPAK |
| Серия «F6» | |||||||
| STx120N4LF6 | Анонс | 40 | 80 | 4 | 80 | 110 | D2PAK/DPAK |
| STI300N4F6 | Анонс | 40 | 160 | 2 | 200 | 300 | I2PAK |
| STD44N4LF6 | Анонс | 40 | 44 | 12,5 | 22 | 50 | TO 252 DPAK |
| STx120N4F6 | Серия | 40 | 80 | 4 | 80 | 110 | D2PAK/DPAK/TO 220 |
| STP260N6F6 | Анонс | 60 | 120 | 3 | 150 | 300 | TO 220 |
Из таблиц, приведенных выше, видно, что структуры с глубинным затвором обеспечивают значительное преимущество в сопротивлении канала, а топологии с планарным затвором имеют меньшую емкость затвора и больше подходят для работы в импульсном режиме.
С развитием технологии изготовления MOSFET-транзисторов производители стремятся к снижению удельного сопротивления открытого канала, повышению удельной мощности и улучшению комплексного показателя потерь, учитывающего как сопротивление канала, так и затраты на переключение транзистора.
Изменение основных параметров транзисторов по мере развития технологии STripFET показано в таблице 4.
Таблица 4. Эволюция технологии STripFET| Параметры | STripFET III | STripFET V | STripFET VI |
|---|---|---|---|
| Uси, max | >30 | >30 | >30 |
| Плотность кристалла | 1 | +93% | +130% |
| Удельное сопротивление канала при Uзи=10 В | 1 | -47% | -72% |
| Удельное сопротивление канала при Uзи=4,5 В | 1 | -50% | -67% |
| Комплексный показатель потерь (Rси x Qg) | 1 | -56% | -60% |
P-канальные транзисторы STMicroelectronics изготавливаются по технологиям STripFET и STripFET II и имеют максимальное напряжение пробоя 60 В. Эти транзисторы применяются в защитах от инверсного включения элементов питания, в мостовых схемах управления двигателями постоянного тока, схемах верхнего ключа и др.
Система обозначений транзисторов STMicroelectronics представлена на рисунке 3.
Заключение
Транзисторы STMicroelectronics семейства STripFET сочетают в себе высокую проводимость открытого канала, низкую емкость заряда затвора и широкую номенклатуру используемых корпусов. Это отвечает современным требованиям к транзисторам, используемым при разработке высокоэффективных DC/DC-преобразователей, элементов контроля электроприводов и систем управления питанием.
Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: [email protected]
