由于SiC 材料具有禁帶寬度�,載流子遷移率較�( �(dá)到Si 材料�80%),�(jìn)入了研究人員的視線,多種�(jié)�(gòu)SiC 基器肖特基結(jié)器件�(jiàn)諸報(bào)�。但SiC 材料昂貴,適用于制�600 V � 3000 V 的高速器�。因此在300 V � 500 V 電壓范圍�(nèi),硅基肖特基�(jié)二極�仍有很大的市�(chǎng)空間�
功率器件的發(fā)展和�(yīng)�
20 世紀(jì) 50 年代,代雙極型功率器件——硅晶閘管成功問(wèn)�,不僅滿足了�(dāng)�(shí)人們對(duì)某些電力�(kāi)�(guān)的需�,也同時(shí)指明了電力能源分配由原始的粗放化向精�(xì)化發(fā)展的方向。隨著研究人員對(duì)功率器件物理�(jī)理的深入研究以及�(shí)�(yàn)�(guò)程的不斷探索,功率器件的�(fā)展可謂突飛猛�(jìn)。應(yīng)用于大功率工作環(huán)境下的門(mén)極可�(guān)斷晶閘管(GTO�,應(yīng)用于低壓但開(kāi)�(guān)速度很高的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(power MOSFET�,以及應(yīng)用于中等電壓、中等頻率范圍的絕緣柵雙極型晶體 管(IGBT)等�(chǎn)品相繼問(wèn)�,克服了代功率器件在可控�、高速�、易�(qū)�(dòng)性等多方面存在的�(wèn)題,推動(dòng)著功率器件向更高�、更安全的方向發(fā)�,�(jìn)而促使新型大功率電力電子裝置成功的應(yīng)用于各種工業(yè)電源、電能質(zhì)量控�、電�(jī)�(qū)�(dòng)、國(guó)防和分布式發(fā)電等�(lǐng)域�
早在 20 世紀(jì) 80 年代,電力系�(tǒng)已成為超高壓�(yuǎn)距離輸電、跨區(qū)域聯(lián)�(wǎng)的大系統(tǒng),隨后可再生能源�(fēng)電的加入又極大的推動(dòng)了電力系�(tǒng)的�(jìn)�。電力系�(tǒng)的龐大使人們對(duì)電力系統(tǒng)的安�、穩(wěn)定和高速要求更�,這不僅需要現(xiàn)代電�(wǎng)的管理方式和�(yùn)�(yíng)模式,而且需要電力電子設(shè)備具有更高的電壓、更大的功率容量和更高的可靠��
幾乎所有的功率系統(tǒng)中都采用硅器件,但受到硅材料物理參數(shù)的限�,基于硅工藝的功率器件功率半�(dǎo)體器件現(xiàn)在的水平基本�(wěn)定在 10-10 W·HZ 左右。首�,硅的低擊穿電場(chǎng)使得高耐壓得采用厚的輕摻雜�,這將�(dǎo)致較大的串聯(lián)電阻,尤其對(duì)于單�(jí)器件更是如此。其次是硅禁帶寬度窄,使得器件在較低的溫度下就有較高的載流子濃度,高的漏電流造成不可恢復(fù)的熱擊穿,限制了器件在高溫和大功率耗散條件下的�(yīng)�,再�,硅的熱�(dǎo)率較�。因此對(duì)于更高要求的電網(wǎng),目前只能對(duì)�(xiàn)有的硅基器件采用�、并�(lián)技�(shù)和復(fù)雜的電路�?fù)�?lái)�(shí)�(xiàn),這導(dǎo)致了故障率和成本增加很多,制約了�(xiàn)代電力電子器件在電力系統(tǒng)中的�(yīng)用�
肖特基結(jié)二極�( SBD) 是高頻電子電路中必不可少的配套器�,但其反向擊穿電壓較低,僅為100 V 左右,且漏電流較�,限制了肖特基二極管在要求較高耐壓的高頻電子電路中的應(yīng)�。因此高耐壓肖特基結(jié)器件一直是研究的熱�(diǎn)。為了減小肖特基二極管漏電流并提高其擊穿電壓,B� J� Baliga 等人提出了結(jié)�(shì)壘肖特基( JBS) �(jié)�(gòu)和P-i -n 與肖特基�(jié)混合�( MPS)�(jié)�(gòu)。其中JBS �(jié)�(gòu)通過(guò)p+-n �(jié)�(shì)壘屏蔽效�(yīng),能大大降低肖特基二極管的漏電流。而MPS �(jié)�(gòu)通過(guò)在正�?qū)〞r(shí)漂移區(qū)電阻率調(diào)制效�(yīng),能盡可能地降低漂移區(qū)濃度,從而提高肖特基二極管的擊穿電壓。但由于有少�(shù)載流子的注入,增加了MPS 二極管的回復(fù)�(shí)��
隨著新材料技�(shù)的發(fā)展,由于SiC材料具有禁帶寬度�,載流子遷移率較�( �(dá)到Si 材料�80%),�(jìn)入了研究人員的視�,多種結(jié)�(gòu)SiC 基器肖特基結(jié)器件�(jiàn)諸報(bào)道。但SiC 材料昂貴,適用于制�600 V � 3000 V 的高速器�。因此在300 V � 500 V 電壓范圍�(nèi),硅基肖特基�(jié)二極管仍有很大的市場(chǎng)空間�
功率電子系統(tǒng)�,好的整流器需滿足�(kāi)啟電壓和漏電流小,擊穿電壓和�(kāi)�(guān)速度高,�(dǎo)通電流大等條�,這是研究者設(shè)�(jì)與制造工作的前�(jìn)方向。近年來(lái)肖特基勢(shì)壘二極管的低功�、大電流、超高速和極短的反向恢�(fù)�(shí)間使其廣泛應(yīng)用于高頻�(kāi)�(guān)電源、低壓續(xù)流電路和保護(hù)電路�
MBR1045、HBR10100A是單外延保護(hù)�(huán)�(jié)終端肖特基勢(shì)壘二極管(�(jiǎn)稱S-SBD)。MBR1045、HBR10100A的肖特基金屬分別為Ni和Ti。MBR1045、HBR10100A 的主要工藝流程為外延片→�(chǎng)氧化→P保護(hù)�(huán)光刻→P保護(hù)�(huán)腐蝕→P注入→P推結(jié)→肖特基接觸形成→歐姆接觸形�。其中注入工藝中的注入劑量和能量分別� 1×10cm�60keV。P推結(jié)是利用限定源�(kuò)散工藝實(shí)�(xiàn)�,表面濃度大約在1×1019cm�
硅基肖特基勢(shì)壘二極管�(jié)�(gòu)�(yōu)�
鎳通常用來(lái)� N 型硅形成肖特基接�,且�(shì)壘高度隨著工藝變化而變�,其變化范圍� 0.5~0.9eV。一� NiSi/Si 可形� 0.64eV 左右的勢(shì)壘高�,� NiPt/Si 形成 0.78eV 左右的勢(shì)壘高�。結(jié)合已有產(chǎn)品測(cè)試結(jié)�,耐壓� 45V�100V 兩種硅基肖特基勢(shì)壘二極管的肖特基�(shì)壘高度分別為 0.64eV � 0.78eV;保�(hù)�(huán) P區(qū)的摻雜濃� l×10cm。除了肖特基�(shì)壘高度和 P+保護(hù)�(huán)的窗口寬�、結(jié)深外,SBD 的外延層厚度、濃�,場(chǎng)氧化物的厚度等也影響 SBD 的正�?qū)ㄌ匦浴⒎聪蚪刂固匦?、結(jié)電容�� �(dāng) SBD 加反向偏壓時(shí),類� PN �(jié)二極管擊穿電壓限制肖特基�(shì)壘管的阻斷電��
�(duì)� S-SBD 而言,外延層濃度增加,導(dǎo)通壓降減�,反向漏流變大,特征�(dǎo)通電阻變�,結(jié)電容變大;并� S-SBD隨著外延層厚度增�,導(dǎo)通壓降變�,反向漏流減小,特征�(dǎo)通電阻變�,結(jié)電容變大。為了達(dá)到實(shí)� 45V�100V 反向耐壓� SBD,根�(jù)以往科技工作�(jīng)�(yàn),設(shè)�(jì)�(shí) SBD 的反向耐壓分別�(dá)� 52V�120V 以上。根�(jù)上面三�(gè)式子可以初步估測(cè)出兩種反向耐壓的SBD 的外延層濃度和厚度范圍�
D-SBD 主要特點(diǎn)是它的外延層� N外延層和 N 外延層兩部分組成,N 外延層摻雜濃度高� N-外延�,但�(yuǎn)低于 N襯底。與 S-SBD 相比,增加一層濃度較高的 N 外延層使表面 RESURF 條件�(fā)生一定的變化,使表面電場(chǎng)分布改變,在提高縱向耐壓的同�(shí)降低�(dǎo)通電�。D-SBD 的結(jié)�(gòu)參數(shù)主要有器件長(zhǎng)� L;N層雜�(zhì)濃度 Nd1,厚� tepi1;N 外延層雜�(zhì)濃度 Nd2,厚� tepi2;氧化層厚度 tox;保�(hù)�(huán)�(jié)� xj,寬� W,位� d�
外延層優(yōu)�
外延層厚�
�(dāng)器件尺寸為定值時(shí),無(wú)論肖特基�(shì)壘高� Фsbh� 0.64eV 還是 0.78eV D-SBD,隨� N-外延層的厚度變大,D-SBD 的擊穿電壓和特征�(dǎo)通電阻均變大;相反地,隨� N 外延層的厚度變大,D-SBD 的擊穿電壓和特征�(dǎo)通電阻均變小�
�(dāng)tepi1與tepi2之和及器件尺寸為定值時(shí),對(duì)于肖特基�(shì)壘高度為0.64eV D-SBD,導(dǎo)通壓降隨� N-外延層的厚度增加略有增加;當(dāng) tepi12μm,零偏時(shí)�(jié)電容基本不隨 tepi1� tepi2變化。對(duì)于肖特基�(shì)壘高度為 0.78eV D-SBD,導(dǎo)通壓降隨� N-外延層的厚度增加略有增加;當(dāng) tepi14μm,零偏時(shí)�(jié)電容基本不隨 tepi1� tepi2變化。所以在滿足耐壓情況下獲得盡量小特征�(dǎo)通電阻和�(dǎo)通壓降與�(jié)電容,本文對(duì)于肖特基�(shì)壘高度為 0.64eV D-SBD 的外延層厚度�?。簾o(wú)論任何器件尺� tepi1=2μm,tepi2=1μm;對(duì)于肖特基�(shì)壘高度為 0.78eV D-SBD 的外延層厚度�?。簾o(wú)論任何器件尺� tepi1=1μm,tepi2=9μm�
外延層濃�
�(dāng)其他�(jié)�(gòu)參數(shù)為定值時(shí),對(duì)于肖特基�(shì)壘高度為 0.64eV D-SBD 隨著 N-外延層的濃度變大,擊穿電壓和特征�(dǎo)通電阻均�??;對(duì)于肖特基�(shì)壘高度為 0.78eV D-SBD 隨著 N外延層的濃度變大,擊穿電壓變�,然而特征導(dǎo)通電阻則略有增大�
�(dāng)N外延層濃度及器件尺寸為定值時(shí),對(duì)于肖特基�(shì)壘高度為0.64eV D-SBD 隨著 N外延層濃度變�,導(dǎo)通壓降變小,零偏�(shí)�(jié)電容略有增加。對(duì)于肖特基�(shì)壘高度為 0.78eV D-SBD,當(dāng) L=1778μm �(shí)隨著 N外延層的濃度變大,導(dǎo)通壓降減??;當(dāng) L=2040μm � L=2290μm �(shí)隨著 N外延層的濃度變大,導(dǎo)通壓降變�;但是導(dǎo)通壓降隨著外延層濃度變化一�(gè)�(shù)量級(jí)僅變化約� 0.004V。然而肖特基�(shì)壘高度為 0.78eV D-SBD 隨著 N-外延層的濃度變大,零偏時(shí)�(jié)電容明顯增加。所以在滿足耐壓要求情況下以降低特征�(dǎo)通電�、導(dǎo)通壓降與�(jié)電容折衷,本文對(duì)于肖特基�(shì)壘高度為 0.64eV D-SBD � N-外延層的濃度�?。寒?dāng) L=1778μm �(shí) Nd1=6.1×10cm;當(dāng) L=2040μm 和L=2290μm �(shí) Nd1=5×10cm。對(duì)于肖特基�(shì)壘高度為 0.78eV D-SBD � N-外延層的濃度�?。簾o(wú)論任何器件尺� Nd1=1×10cm�
D-SBD 的擊穿電壓和特征�(dǎo)通電阻隨� N 外延層濃度變�。當(dāng)其他�(jié)�(gòu)參數(shù)為定值時(shí),對(duì)于肖特基�(shì)壘高度為 0.64eV D-SBD 隨著 N 外延層的濃度變大,擊穿電壓和特征�(dǎo)通電阻均變小;對(duì)于肖特基�(shì)壘高度為 0.78eV D-SBD 隨著 N 外延層的濃度變大,擊穿電壓變小,然而特征導(dǎo)通電阻則略有增大�
�(dāng) N-外延層濃度及器件尺寸為定值時(shí),無(wú)論肖特基�(shì)壘高� Фsbh 26 � 0.64eV 還是 0.78eV D-SBD,隨� N 外延層濃度變�,導(dǎo)通壓降變�,零偏時(shí)�(jié)電容略有增加�
�(jié)終端�(shè)�(jì)
SBD 在肖特基接觸的邊緣電�(chǎng)線集�,電�(chǎng)�(qiáng)度增加導(dǎo)致勢(shì)壘降�,因隧道效應(yīng)明顯增加了反向漏電流,反向截止特性變軟,� SBD 的耐壓�(yuǎn)低于平面�(jié)。為緩解邊緣電場(chǎng)線集中效�(yīng),通常有兩種技�(shù)路徑�(1)改善耗盡層曲�,使表面耗盡層橫向擴(kuò)展到�(chǎng)板邊緣之外;(2)使用局部氧�(local oxidation of silicon,LOCOS)工藝,在肖特基接觸邊緣處生成二氧化硅�。結(jié)終端大致分類如圖 3.9 所�,其中保�(hù)�(huán)特別適用縱向器件,設(shè)�(jì)�(guān)鍵是�(yōu)化環(huán)深度與�(gè)�(shù)和環(huán)間距使得主結(jié)和環(huán)�(jié)同時(shí)�(dá)到臨界擊穿電�(chǎng),可使器件耐壓�。須指出�(huán)�(shù)增多,器件耐壓非線性提�、自身面積越大和仿真�(shù)�(jù)也急劇地增加�
硅基肖特基勢(shì)壘二極管靜態(tài)特�
正向?qū)ㄌ�?/FONT>
�(duì)� SBD �(lái)�(shuō),正�?qū)ü?PF)是導(dǎo)通壓降與�(dǎo)通電�(IA)乘積,它�(duì)總體功耗的影響。一� IA是預(yù)先設(shè)定的,則降低�(dǎo)通壓降是降低 PF的途徑。一般通過(guò)增大有源區(qū)面積�(lái)降低 VF,這與器件小型�、結(jié)電容最小化、縮短反向恢�(fù)�(shí)間相矛盾。為了降� VF�
反向截止特�
肖特基勢(shì)壘二極管的耗盡層厚度僅僅數(shù)�(gè)納米,隨著反向偏壓變大隧穿機(jī)率升高,易發(fā)生軟擊穿,所以硅� SBD 的耐壓都在 100V 以內(nèi)�
�(duì)于肖特基�(shì)壘高度為 0.64eV POP-SBD、PIP-SBD、D-SBD � S-SBD 的擊穿電壓均� 52V 以上,擊穿時(shí)反向漏流小于 24 nA;而對(duì)于肖特基�(shì)壘高度為 0.78eV POP-SBD� PIP-SBD、D-SBD � S-SBD 的擊穿電壓均� 120V 以上;擊穿時(shí)反向漏流小于 0.31 nA。無(wú)論勢(shì)壘高度為 0.64eV 還是 0.78eV,四種器件的反向漏流都隨著器件尺寸變小而變小,這說(shuō)明在同樣耐壓下器件尺寸變小不僅調(diào)高了功率密度而且降低了功��
�(jié)電容
外延層的電阻率決定器件的�(jié)電容。器件設(shè)�(jì)耐壓滿足 52V � 120V 以上,肖特基�(shì)壘高度為 0.64eV 器件:D-SBD � S-SBD 比較,它的特征導(dǎo)通電阻在 L � 2290μm�2040μm � 1778μm 分降低了 42%�48%� 57%,當(dāng)器件尺寸一� POP-SBD � PIP-SBD � D-SBD 比較,它們的特征�(dǎo)通電阻基本不�;當(dāng)器件尺寸一� PIP-SBD � D-SBD � S-SBD 比較,它們的零偏�(shí)�(jié)電容變化小于 5%,然� POP-SBD � S-SBD 比較,它的零偏時(shí)�(jié)電容升高�13%。肖特基�(shì)壘高度為 0.78eV 器件:當(dāng)器件尺寸一� D-SBD � S-SBD 比較,它的特征導(dǎo)通電阻和零偏�(jié)電容分別降低�33%�51%;當(dāng)器件尺寸一定POP-SBD和PIP-SBD� D-SBD 比較,它們的特征�(dǎo)通電阻和�(jié)電容變化可忽�。無(wú)論肖特基�(shì)壘高度與器件尺寸 POP-SBD、PIP-SBD、D-SBD � S-SBD 比較,它們的�(dǎo)通壓降變化小� 0.03V�
硅基肖特基勢(shì)壘二極管�(dòng)�(tài)特�
靜電失效
MOS 器件、含� MOS 電容或鉭電容的雙極型電路和混合電路靜電失效多為過(guò)電壓所致場(chǎng)失效;雙極型器件、含 PN �(jié)二極管保�(hù)電路、肖持基二極管以及含有雙極器件的混合電路靜電失效多屬于過(guò)電流所致熱失效。實(shí)際元器件�(fā)生哪種失效取決于靜電放電回路的絕緣程�。通常在反偏電壓下載流子由熱產(chǎn)�,隨� ND增加電壓�(shì)壘降�,當(dāng) ND大于外延層摻雜濃度時(shí)電壓�(shì)壘減少到零并且發(fā)生熱擊穿�
維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��
已收錄詞�160609�(gè)