【图文详解】超级结MOSFET结构、工作原理-KIA MOS管
超级结MOSFET（SJ-MOS）
（1）SJ-MOS在N层具有柱状P层（P柱层）。P层和N层交替排列。（参见图3-9（b））
（2）通过施加VDS，耗尽层在N层中扩展，但其在SJ-MOS中的扩展方式与在一般D-MOS中不同。（关于电场强度，参见图3-9（a）／（b）。电场强度将表示耗尽层的状态。
（3）如果是D-MOS的情况，电场强度在P／N层接口处最强。当电场强度超过硅的极限时，会发生击穿现象，这就是电压极限。另一方面，如果是SJ-MOS的情况，电场强度在N层中是均匀的。
（4）所以，SJ-MOS可采用具有较低电阻的N层设计，以实现低导通电阻产品。
采用与DMOS相同尺寸的芯片，SJ-MOS可以实现更低的导通电阻。
图3-9（a）D-MOS（π-MOS）的结构和电场
图3-9（b）SJ-MOS（DTMOS）的结构和电场
超级结MOSFET的结构
高压的功率MOSFET的外延层对总的导通电阻起主导作用，要想保证高压的功率MOSFET具有足够的击穿电压，同时，降低导通电阻，最直观的方法就是：在器件关断时，让低掺杂的外延层保证要求的耐压等级，同时，在器件导通时，形成一个高掺杂N+区，作为功率MOSFET导通时的电流通路，也就是将反向阻断电压与导通电阻功能分开，分别设计在不同的区域，就可以实现上述的要求。
基于超结SuperJunction的内建横向电场的高压功率MOSFET就是基本这种想法设计出的一种新型器件。内建横向电场的高压MOSFET的剖面结构及高阻断电压低导通电阻的示意图如图3所示。Infineon最先将这种结构生产出来，并为这种结构的MOSFET设计了一种商标CoolMOS，这种结构从学术上来说，通常称为超结型功率MOSFET。
图3：内建横向电场的SuperJunction结构
垂直导电N+区夹在两边的P区中间，当MOS关断时，形成两个反向偏置的PN结：P和垂直导电N+、P+和外延epi层N-。栅极下面的的P区不能形成反型层产生导电沟道，P和垂直导电N+形成PN结反向偏置，PN结耗尽层增大，并建立横向水平电场;同时，P+和外延层N-形成PN结也是反向偏置形，产生宽的耗尽层，并建立垂直电场。
由于垂直导电N+区掺杂浓度高于外延区N-的掺杂浓度，而且垂直导电N+区两边都产生横向水平电场，这样垂直导电的N+区整个区域基本上全部都变成耗尽层，即由N+变为N-，这样的耗尽层具有非常高的纵向的阻断电压，因此，器件的耐压就取决于高掺杂P+区与低掺杂外延层N-区的耐压。
当MOS导通时，栅极和源极的电场将栅极下的P区反型，在栅极下面的P区产生N型导电沟道，同时，源极区的电子通过导电沟道进入垂直的N+区，中和N+区的正电荷空穴，从而恢复被耗尽的N+型特性，因此导电沟道形成，垂直N+区掺杂浓度高，具有较低的电阻率，因此导通电阻低。
比较平面结构和沟槽结构的功率MOSFET，可以发现，超结型结构实际是综合了平面型和沟槽型结构两者的特点，是在平面型结构中开一个低阻抗电流通路的沟槽，因此具有平面型结构的高耐压和沟槽型结构低电阻的特性。
内建横向电场的高压超结型结构与平面型结构相比较，同样面积的硅片可以设计更低的导通电阻，因此具有更大的额定电流值和雪崩能量。
由于要开出N+沟槽，它的生产工艺比较复杂，目前N+沟槽主要有两种方法直接制作：通过一层一层的外延生长得到N+沟槽和直接开沟槽。前者工艺相对的容易控制，但工艺的程序多，成本高;后者成本低，但不容易保证沟槽内性能的一致性。
超结型结构的工作原理
1、关断状态
从图4中可以看到，垂直导电N+区夹在两边的P区中间，当MOS关断时，也就是G极的电压为0时，横向形成两个反向偏置的PN结：P和垂直导电N+、P+和外延epi层N-。
栅极下面的的P区不能形成反型层产生导电沟道，左边P和中间垂直导电N+形成PN结反向偏置，右边P和中间垂直导电N+形成PN结反向偏置，PN结耗尽层增大，并建立横向水平电场。
当中间的N+的渗杂浓度和宽度控制得合适，就可以将中间的N+完全耗尽，如图4(b)所示，这样在中间的N+就没有自由电荷，相当于本征半导体，中间的横向电场极高，只有外部电压大于内部的横向电场，才能将此区域击穿，所以，这个区域的耐压极高，远大于外延层的耐压，功率MOSFET管的耐压主要由外延层来决定。
图4：横向电场及耗尽层
注意到，P+和外延层N-形成PN结也是反向偏置形，有利于产生更宽的耗尽层，增加垂直电场。
2、开通状态
当G极加上驱动电压时，在G极的表面将积累正电荷，同时，吸引P区的电子到表面，将P区表面空穴中和，在栅极下面形成耗尽层，如图5示。
随着G极的电压提高，栅极表面正电荷增强，进一步吸引P区电子到表面，这样，在G极下面的P型的沟道区中，积累负电荷，形成N型的反型层，同时，由于更多负电荷在P型表面积累，一些负电荷将扩散进入原来完全耗尽的垂直的 N+，横向的耗尽层越来越减小，横向的电场也越来越小。
G极的电压进一步提高，P区更宽范围形成N型的反型层，最后，N+区域回到原来的高渗杂的状态，这样，就形成的低导通电阻的电流路径，如图5(c)所示。
图5：超结型导通过程
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