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體器件架構的供應商，其采用亞 30-μm 襯底的新型硅功率 MOSFET （ANDFET） 技術實現了行業重大突破這為快速開關和電源轉換應用提供了顯著優勢。這些部件由美國擁有的半導體制造商和國防部認可的可信賴供應商 SkyWater Technology 制造。這種新技術提供了接近于零的反向恢復損耗，為硅帶來了通常僅在氮化鎵技術中才能看到的優勢，同時保持了硅的成本和兼容性優勢。

功率晶體管

標準硅功率晶體管具有光刻定義的特性、受處理和工藝復雜性限制的垂直厚度以及導致反向恢復損耗的寄生二極管。ANDFET 使用自對準垂直 MOSFET 架構解決了所有這些限制，以推動光刻限制并提高功率密度，新穎的薄晶體工藝可在生產就緒的 8 英寸晶圓中產生機械堅固的亞 30 微米硅，并消除寄生二極管接近理想的反向恢復特性。

AND 成立于 2008 年，總部位于德克薩斯州奧斯汀的團隊實施了卓越的創新，以使硅功率 MOSFET在主流應用中得以延續。該團隊包括首席執行官兼聯合創始人 Leo Mathew，他曾在飛思卡爾半導體任職期間榮獲 2006 年 EE Times 年度創新者獎，以表彰他對 ITFET 的創新，該技術展示了 CMOS 器件的垂直和水平通道區域。

在APEC 上，AND 展示了其提供高效電源轉換的新型 Si 功率 MOSFET。Mathew 和 AND 的部分成員出席了 APEC，包括首席技術官 Rajesh Rao；Kevin Lally，半導體行業資深人士、董事會董事、早期投資者/顧問；Vishal Trivedi 是技術總監，也是《超薄體 MOSFET 和 FINFET 基礎知識》一書的合著者。Trivedi 在 APEC 上展示了 ANDFET 技術的工作，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。該技術最初針對電池保護、負載開關和 15V 至 100V 范圍內的 DC/DC 轉換器市場。

“如果你看一下GaN 器件，除了導通電阻 ［R DS（on） ］ 之外，最大的優勢是開關性能，尤其是 ［接近零］ 反向恢復，但我們已經證明我們可以在硅，”馬修說。“因為它只有 20 μm 厚，所以它的導通電阻組件也非常低。”

在業界，設計師考慮添加一個肖特基。“如果你添加一個肖特基，它會變得更加泄漏，當然，亞閾值斜率是不好的，”Trivedi 說。“我們不需要肖特基來消除反向恢復，它具有非常低的泄漏，具有非常好的 60 mV 亞閾值。”

AND 功率 MOSFET

功率 MOSFET 是專為切換高壓和大電流信號而設計的分立晶體管器件，廣泛用于工業、汽車和消費類應用的電源應用。這些領域對高效電源解決方案的需求不斷增加，這提出了更高的挑戰性要求，例如高開關頻率、減少占地面積和重量以及更好的熱管理。

據 AND 介紹，開發的新型 Si 功率 MOSFET 具有以下優點：

近乎零的反向恢復損耗，對于硅基器件來說是一項偉大的成就（通常只見于寬帶隙技術，例如 GaN）

通過新型晶圓級封裝實現標準器件和多芯片模塊的縮小尺寸

電源轉換應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

低特定導通電阻（在 30-V BV DSS時低至 5 mΩ/mm 2）

低柵極驅動，低至 2.5 V（邏輯電平驅動）

亞 30 微米襯底，采用薄晶技術制造

低 R DS（on）和接近零的反向恢復可實現更高的效率，并有助于減少電源和電機控制等應用中解決方案的組件數量和總體成本。由于低 R DS（on）、低柵極驅動和低輸出電荷的組合，軟和諧振開關應用的性能也可以得到改善。此外，薄型設計提供了出色的熱管理和更好的溫度變化免疫力，并可能有助于實現固有的抗輻射特性。

據 Mathew 介紹，AND 開發了一種獨特的技術，將類 GaN 性能的優勢帶入主流 Si MOSFET。

圖 3 顯示了基于 AND 新技術的器件、工業器件和具有肖特基體二極管的工業器件的傳輸特性曲線。根據 Mathew 的說法，ANDFET 具有行業記錄、近乎理想的子器件- 閾值斜率、低柵極驅動電壓和低漏電流。

圖 3：不同 MOSFET 的傳輸特性

ANDFET 和工業功率器件的導通電阻特性比較如圖 4 所示。在這里，我們可以看到與傳統的 ANDFET 相比，ANDFET 表現出更低的 R DS（on）和非常低的柵極驅動 （大約 2.5 V，對應于邏輯電平電壓）。

圖 4：導通電阻特性

AND 專有的通道工程技術提供了卓越的品質，可以幫助電源管理系統顯著減少寄生損耗。這將提高工業和消費市場中各種應用的電源管理和轉換效率，包括數據中心、汽車、電動機驅動器、可再生能源系統的微型逆變器等等（圖 5）。

圖 5：性能與額定電壓 - 功率 MOSFET

據 AND 介紹，其技術在 DC/DC 電源轉換器等應用中具有明顯優勢。此外，由于接近零的反向恢復和低輸出電容，不需要集成或獨立的肖特基鉗位二極管。這些提高效率的特性使該技術對傳統硅基 MOSFET 通常無法處理的高頻電壓轉換應用具有吸引力。由于這些功率 MOSFET 支持高頻率，因此減小了無源元件尺寸，從而產生了微型功率模塊，從而促進了系統級效率的進一步提升（圖 6）。

圖 6：接近零的反向恢復損耗

今年早些時候，AND 和 SkyWater 宣布，兩家公司已簽訂許可和制造協議，以提供新的晶體管技術，為快速開關電源轉換應用提供顯著優勢。

SkyWater 總部位于明尼蘇達州布盧明頓，將生產基于新技術的硅功率器件，使 AND 能夠為工業和消費應用提供 15 至 80 V 的晶圓級和標準封裝產品。AND 打算擴展其產品線，包括一系列用于電動汽車、可再生能源和不同工業應用的產品，電壓范圍為 200 至 1，000 V。AND 還致力于在 SiC 和 GaN 中實施其專有器件架構，以實現解決一些挑戰并進一步提高其性能。

在產品可用性方面，AND 正在對新的 ANDFET 進行采樣，并將在 SkyWater 8 英寸晶圓廠開始大批量生產。晶圓級設備將根據當前電路板和系統的精確外形尺寸進行定制。

審核編輯：郭婷