什么是超导理论？超导理论详细分析！

本文中，小编将对超导理论予以介绍，如果你想对超导理论的详细情况有所认识，或者想要增进对超导理论的了解程度，不妨请看以下内容哦。

一、超导理论

超导态指某些物质在一定温度和磁场条件下（一般为较低温度和较小磁场）电阻降为零，同时表现出完全抗磁性的状态。超导态具有一系列临界参量，如临界温度Tc、临界磁场Hc、临界电流密度jc等。必须同时低于三个临界参量，超导态才能维持住，一旦材料的物理量超越临界参量，超导态被破坏，变回不超导的正常态，此时恢复为有电阻态，磁通线也可以进入超导体内部。

二、超导理论分析

功率器件要得到较高的击穿电压，就必须使用较厚的外延层漂移区与较低的掺杂浓度，常规VDMOS的特征导通电阻与击穿电压关系如下式所示：

因而特征导通电阻会随着击穿电压的增大而急剧增大，对于常规结构功率器件的导通电阻受此“硅限”的约束而无法进一步降低。在传统的VDMOS结构中，阻断状态时漏端加高电压，Pdody和N型外延层形成的PN结承受了这一电压。如下图左所示外延层的电场近似呈三角形分布，峰值电场出现在上述PN结处，减小漂移区的掺杂浓度和增大外延层厚度，可以增大击穿电压，但特征导通电阻与击穿电压成2.5次方关系增加。

图:平面VDMOS结构与超结MOSFET电场分布图

为了减小功率器件漂移区的导通电阻，1988年飞利浦公司的工程师David J. Coe申请的美国专利，首次在横向高压MOSFET中提出采用交替的PN结结构代替传统功率器件中低掺杂漂移层作为耐压层的方法。 1993年，电子科技大学的陈星弼教授提出了在纵向功率器件中用多个PN结结构作为漂移层的思想，并把这种结构称之为“复合缓冲层”（Composite Buffer Layer）。 1995年，西门子公司的J. Tihanyi申请的美国专利，提出了类似的思路和应用。 1997年日本的学者Tatsuhiko等人对上述概念进行总结，提出了“超结”（Superjunction）理论。

在超结VDMOS中，耐压层由交替的高掺杂N柱和P柱构成，且N柱和P柱中的掺杂总量相等。在导通状态下，电流从源区经N柱流到漏区，P柱中不存在导电通道，而在阻断状态下，超结VDMOS的漂移区通过P柱的辅助耗尽作用在较低漏电压下就完全耗尽，由于完全耗尽，P柱与N柱的等量异种电荷相互抵消而实现电荷平衡，如上图右所示电场在外延层漂移区中近似于处处相等，因而击穿电压约等于临界电场与漂移区长度的乘积，这使得超结VDMOS的特征导通电阻与其击穿电压近似呈线性关系，而不是传统器件的2.5方关系，进而可以减小特征导通电阻。

对于超结VDMOS的比导通电阻与击穿电压的关系，可由下式表示：

其中，g为与元胞形状有关的常数，取值范围1~2.5；BVDSS为击穿电压，单位V；b为单位元胞宽度，单位μm；RDS(on,sp)的单位是mΩ.cm2。

图:超结MOSFET突破常规VDMOS硅限

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