利用两个单向（Unidirectional，UD）4.5kV的超结SiCMOSFET实现了是双向（Bidirectional，BD）超结SiCMOSFET。室温下，共漏极(Common-Drain，CD)和共源极(Common-Source，CS)结构下的BD-SJ结构的Ron,sp分别为20和21mΩ·cm2。这个数据水平比相同额定电压的电荷平衡和传统BDMOSFET的数值低约28%和49%。UD、BDCD和BDCSSJ的室温总开关能耗分别为4.1、3.9和5.4mJ/cm2。CD的设计实现了比CS设计更好的整体性能。
背景介绍
本文作者演示和分析了一个4.5kV级的BDSJSiCMOSFET器件，其具有PN超结漂移区域，这个区域可以变更为CS结构（下图a）和CD结构（下图b）。与传统BDMOSFET不同，对于CS结构，BDSJ或CBSJ的MOSFET不能在漂移区中共享相同的掺杂柱，因为寄生的BJT不支持高阻断电压。
下图给出了常规、CB和SJ漂移区的BDSiCMOSFET的横截面。
上图中展示的BD结构就是两个UDSJMOSFET的源极或漏极来构成。而且，在CD结构中，高电平G1通过18V的浮空电压源VG1S1连接到高电平源极S1/D2，以确保高电平MOSFET始终导通
性能测试
对BDSJ和UDSJ器件进行了静态参数和感谢负载动态开关测试，并在不同温度下进行通态IV曲线测试。
BDSJ器件的双向导通测试如下图所示，室温下，CD结构其比导通电阻为20mΩ·cm2，CS结构的比导通电阻为21mΩ·cm2，是UDSJ结构的两倍。CD中的UD、BD和CSSJ器件的室温下阈值分别为4.8V、4.8V和5.4V。CS结构中的BDSJ器件的比导通电阻和阈值电压分别增大了3%和13%。这是因为高电平晶体管的去偏置作用。
表格里则是展示了传统结构、CB和BDSJ器件的主要电阻分量。4.5kVBDSJ器件的Ron,sp比相同耐压级下的CB和传统BD器件的估值低约28%和49%。
下图则是CD和CS两种配置的双向阻断能力，两侧阻断电压均大于额定的4.5kV。
下图则是展示了BDSJ器件的Ron,sp呈现正温度系数，100C和150C下的Ron,sp比室温的Ron,sp增加1.3倍和1.8倍。一般来说，Ron,sp在低于100C时缓慢增大，高于100C时增加的很快，这主要是因为迁移率以T^(-2.3)变化，漂移区和JFET区的电阻的占比增大。相反，沟道迁移率具有弱温度依赖性。
下图b则是将BD和CDSJ器件的静态性能与过往的一些器件进行比较。4.5kVUDSJMOSFET在目标阻断电压下的Ron,sp比SiC一维极限低约20%。此外，BDSJ展示了更好的参数折中设计。尽管Ron,sp是UD器件的两倍，BDSJ器件在4kV时仍具有与传统MOS相当的Ron,sp。
下图展示了开关特性曲线。总体上讲，CD结构的器件总体性能优于CS结构。
总结
作者首先实现了4.5kVBDSJSiCMOSFET的两种结构，通过连接两个4.5kVUDSJMOSFET，而且证明了其双向导通和阻断能力，并且在相同的额定电压下，Ron,sp比预估的CB和传统器件降低约28%和49%。此外还对其开关能力进行的测试。
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