一种新型高压功率器件终端技术

为了改善高压功率器件的击穿电压、节省芯片面积,提出一种P-场限环结合P+补偿结构、同时与金属偏移场板技术相结合的高压终端技术.采用TCAD(ISE)时该技术进行模拟,结果表明,该技术具有比较好的面积优化和击穿电压优化特性.     

一种沟槽型场限环VDMOSFET终端结构

场限环结构以其简单的工艺和较高的效率,在垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管终端结构中得到广泛应用,但其性能的提高也有限制。沟槽型终端结构对刻蚀工艺要求较高,并未在实际生产中得到大量应用。将场限环终端结构与沟槽终端结构相结合,设计了一种沟槽型场限环终端,在149.7 μm的有效终端长度上实现了708 V的仿真击穿电压。此结构可以得到较大的结深,硅体内部高电场区距离表面较远,硅表面电场仅为1.83E5 V/cm,具有较高的可靠性。同时,工艺中只增加了沟槽刻蚀和斜离子里注入,没有增加额外的掩膜。     

300V以上硅基新型JBS肖特基二极管的制备

为了在保留传统肖特基二极管正向压降低、电流密度大优点的基础上,使其反向击穿电压提高到了300 v以上,我们采用硅材料做为衬底,肖特基结区采用蜂房结构,终端采用两道场限环结构加一道切断环结构,所制备的肖特基二极管在正向电流10A时,正向压降仅为0.79 V;同时在施加300 V反向电压时,反向漏电流在5μA以下.     

SiC肖特基势垒二极管的反向特性

在n型4H-SiC衬底上的n型同质外延层的Si面制备了纵向肖特基势垒二极管(SBD),研究了场板、场限环及其复合结构等不同终端截止结构对于反向阻断电压与反向泄漏电流的影响。场板(FP)结构有利于提高反向阻断电压,减小反向泄漏电流。当场板长度从5μm变化到25μm,反向阻断电压随着场板长度的增加而增加。SiO2厚度对于反向阻断电压有重要的影响,当厚度为0.5μm,即大约为外延层厚度的1/20时,可以得到较大的反向阻断电压。当场限环的离子注入区域宽度从10μm变化到70μm,反向阻断电压也随之增加。FLR和FP复合结构对于改善反向阻断电压以及反向泄漏电流都有作用,同时反向阻断电压对于场板长度不再敏感。采用复合结构,在10μA反向泄漏电流下最高阻断电压达到1 300V。讨论了离子注入剂量对于反向阻断电压的影响,注入离子剂量和反向电压的关系表明SBD结构不同于传统PIN结构的要求。当采用大约为150%理想剂量的注入剂量时才可达到最高的反向阻断电压而不是其他报道的75%理想剂量,此时的注入剂量远高于PIN结构器件所需的注入剂量。     

一种带埋层的新型结终端技术

在高压功率器件领域,常规的场限环技术由于环的个数较多,占用芯片面积较大,导致终端的效率很低。为了改善这一缺点,提出了一种带P–埋层的新型高压终端技术,有效降低了主结边缘处的电场集中,提高了击穿电压。仿真结果表明,该结构的击穿电压达到3 439 V,终端的长度为1 000μm,较常规的场限环结构1 500μm(英飞凌公司3 300 V产品)节省了近30%的终端面积。     

单场限环的平面高压器件

通过优化设计和充分利用硅片面积 ,研制出了场限环的平面高压半导体分立器件     

一款800V VDMOS终端结构的设计

设计了一款800 V VDMOS终端结构,采用场限环(FLR)与场板(FP)相结合的方式,在场限环上添加多晶硅场板与金属场板,有效地降低了表面电场峰值。通过调整终端结构,在135μm的有效终端长度上实现了848 V的击穿电压,最大表面电场为2.34×105 V/cm,小于工业界判断器件击穿场强标准(2.5×105 V/cm),且电场分布比较均匀,终端结构的稳定性和可靠性高。     

新的二维解析方法预言场限环结构的电压分布和边界峰值电场及环间距的优化

提出了一个新的二维解析方法预言场限环结构的电压分布和边界峰值电场及环间距优化.采用与平面结物理机理最接近的圆柱坐标对称解进行分析,给出了场限环结构极为简单的各电压和边界峰值电场表达式. 讨论了不同环间距和反偏电压对场限环电压的影响,并用流行的2-D半导体器件模拟工具MEDICI对解析计算进行了验证. 根据临界电场击穿近似,讨论了环间距的优化设计并给出了优化环间距表达式. 在一定结深和掺杂浓度时,理论计算给出了与数值分析一致的优化环间距和最高击穿电压值.     

新的二维解析方法预言场限环结构的电压分布和边界峰值电场及环间距的优化

提出了一个新的二维解析方法预言场限环结构的电压分布和边界峰值电场及环间距优化 .采用与平面结物理机理最接近的圆柱坐标对称解进行分析 ,给出了场限环结构极为简单的各电压和边界峰值电场表达式 .讨论了不同环间距和反偏电压对场限环电压的影响 ,并用流行的 2 - D半导体器件模拟工具 MEDICI对解析计算进行了验证 .根据临界电场击穿近似 ,讨论了环间距的优化设计并给出了优化环间距表达式 .在一定结深和掺杂浓度时 ,理论计算给出了与数值分析一致的优化环间距和最高击穿电压值 .     

单场限环结构的表面电场分布及环间距的优化

基于横向扩散与纵向扩散构成的冶金结边界为椭圆形这一特点,讨论单场限环结构表面电场强度的分布,给出表面电场强度、主结及环结分担电压的解析表达式。在纵向结深和掺杂浓度一定的条件下,根据临界电场击穿理论,讨论环间距的优化设计方法。单场限环结构主结环结间表面电场强度的绝对值曲线近似呈抛物线,最大电场位于主结处。随着环间距的增大,最大电场变大;随着横向扩散深度的增大,最大电场变小。环右侧最大电场也出现在结处,随着环间距和横向扩散深度的增加,最大电场均减小。在场限环结构中,当主结和环结在表面处的最大电场强度均等于临界电场强度时,击穿电压达到最大值,此时所对应的环间距为最佳环间距。     

射频功率晶体管的多晶硅二氧化硅夹心深槽场限制环新结构

提出一种二氧化硅/多晶硅/二氧化硅夹心深槽场限制环新结构来提高晶体管的击穿电压.模拟结果显示,该结构可以使射频功率双极性晶体管的击穿电压几乎100%达到平行平面结的理想值     

射频功率晶体管的多晶硅二氧化硅夹心深槽场限制环新结构

提出一种二氧化硅/多晶硅/二氧化硅夹心深槽场限制环新结构来提高晶体管的击穿电压.模拟结果显示,该结构可以使射频功率双极性晶体管的击穿电压几乎100%达到平行平面结的理想值.     

高压IGBT线性变窄场限环终端设计

为使3300 V及以上电压等级绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作结温达到150℃以上,设计了一种具有高结终端效率、结构简单且工艺可实现的线性变窄场限环(LNFLR)终端结构。采用TCAD软件对这种终端结构的击穿电压、电场分布和击穿电流等进行了仿真,调整环宽、环间距及线性变窄的公差值等结构参数以获得最优的电场分布,重点对比了高环掺杂浓度和低环掺杂浓度两种情况下LNFLR终端的阻断特性。仿真结果表明,低环掺杂浓度的LNFLR终端具有更高的击穿电压。进一步通过折中击穿电压和终端宽度,采用LNFLR终端的3300 V IGBT器件可以实现4500 V以上的终端耐压,而终端宽度只有700μm,相对于标准的场限环场板(FLRFP)终端缩小了50%。     

场限环结构电压和边界峰值电场分布及环间距优化

采用与平面结物理机理最接近的圆柱坐标对称解进行分析 ,提出了平面结场限环结构的电压分布和边界峰值电场的解析理论。以单场限环为例 ,给出了场限环结构极为简单的各电压和边界峰值电场表达式。讨论了不同环间距和反偏电压对场限环电压的影响 ,并用流行的 2 -D半导体器件模拟工具 MEDICI对解析计算进行了验证。根据临界电场击穿近似 ,讨论了环间距的优化设计并给出了优化环间距表达式。在一定结深和掺杂浓度时 ,理论计算给出了与数值分析一致的优化环间距和最高击穿电压值     

High breakdown voltage Schottky rectifier fabricated on bulk n-GaN substrate

Vertical Schottky rectifiers have been fabricated on a free-standing n-GaN substrate. Circular Pt Schottky contacts with different diameters (50 μm, 150 μm and 300 μm) were prepared on the Ga-face and full backside ohmic contact was prepared on the N-face by using Ti/Al. The electron concentration of the substrate was as low as 7 × 10¹⁵ cm⁻³. Without epitaxial layer and edge termination scheme, the reverse breakdown voltages (V_B) as high as 630 V and 600 V were achieved for 50 μm and 150 μm diameter rectifiers, respectively. For larger diameter (300 μm) rectifiers, V_B dropped to 260 V. The forward turn-on voltage (V_F) for the 50 μm diameter rectifiers was 1.2 V at the current density of 100 A/cm², and the on-state resistance (R_on) was 2.2 mΩ cm², producing a figure-of-merit (V_B)²/R_on of 180 MW cm⁻². At 10 V bias, forward currents of 0.5 A and 0.8 A were obtained for 150 μm and 300 μm diameter rectifiers, respectively. The devices exhibited an ultrafast reverse recovery characteristics, with the reverse recovery time shorter than 20 ns.