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快乐飞艇奥地利 RC-IGBT功率器件常见的终端技术

作者:海飞乐技术 时间:2019-02-28 11:28

  功率器件的尺寸总是有限的,器件是从晶圆片上划片并封装而来,如果划片槽穿过了承受高压的PN结,那么会在划片槽附近引起很大的泄露电流,影响器件的击穿特性和长期稳定性。因此,功率器件通常需要采用适当的终端结构,以减小半导体边缘和表面的电。?佣?跣∑骷?男孤┑缌、提高器件的可靠性。常见的终端技术包括场限环(FLR)、金属场板(LP)、阻性场板(SIPOS)、场限环与场板相结合(FP&FLR)、结终端扩展(JTE)、横向变掺杂(VLD)和斜角终端(Bevel)等。本文主要分析了场限环技术、场板技术和场板加场限环技术。
 
  1. 场限环技术
  场限环(Field Limiting Ring,FLR)技术,由于制作工艺简单易于控制,是最常见的终端技术之一。带有一个场限环的结终端示意图如图1 所示,场限环不与任何电极相接,处于浮空状态,主结加反偏电压。当反偏电压较小时,主结的耗尽区较。?换崂┱沟匠∠藁繁咴,如图1 (a)所示。随着反偏电压增加,耗尽区逐渐向场限环扩展,最终耗尽线超出场限环,场限环承担部分压降,如图1 (b)所示。场限环可以与主结一同制作,不需要额外的光刻版。

场限环结构在不同反向偏压下耗尽区形貌 
图1 场限环结构在不同反向偏压下耗尽区形貌
(a)低偏压时耗尽区示意图; (b)高偏压时耗尽区示意图
 
  场限环结构并不限制于单个场限环,具体个数由器件耐压决定。在多场限环结构中,环与环之间的间距、场限环的宽度、场限环的结深、以及场限环的个数都会影响器件终端耐压及电场分布。场限环技术简单,不需要额外的光刻版,成本低,不过它也有一些缺点,如容易受到界面电荷的影响、终端尺寸大等。场限环通常与场板配合使用,以减小界面电荷影响和优化终端尺寸。
 
  2. 场板技术
  在器件制作过程中,会在终端场氧化层中引入部分正电荷,这些电荷会影响器件的击穿电压,甚至会导致器件失效。场板(Field Plate,FP)作为一项比较成熟的终端技术,可以抑制界面电荷对终端可靠性的影响。常见的场板结构有金属场板和阻性场板两种。
 
  图2(a)给出了金属场板的基本结构图,金属场板位于氧化层上方。当P+/N结加上反偏电压VP时,耗尽区主要向低掺杂N区扩展。在Si-SiO2界面处有三条耗尽线A、B和C。A线为无金属场板条件的耗尽区边界。B线为金属场板加正压条件的耗尽区边界。C线为金属场板加负压条件的耗尽区边界。B线与C线是由于金属场板加压后,在场板下方感应出电荷,从而改变了耗尽区中的有效电荷,导致耗尽区边界变化引起。影响场板结构耐压的主要参数包括场板下方的氧化层厚度、场板长度和半导体区浓度。随着氧化层厚度增加,器件耐压降低;随着金属场板长度的增加,器件的击穿电压先增大后减小。耐压减小是由于场板的边缘处,电力线集中产生高电。?沟闷骷?崆盎鞔。
不同反向偏压下耗尽区形貌 
图2 不同反向偏压下耗尽区形貌
(a)金属场板基本结构示意图; (b)阻性场板结构图
 
  金属场板的金属如果改成半绝缘膜,一端与主结金属相接,另一端与截止环相接,就成了阻性场板结构,如图2(b)所示。电阻场板置于场氧化层上,用以防止其直接与半导体相接触,引起高泄漏电流。当主结处于反偏状态时,半导体表面的电位高于阻性场板,而且从主结到截止环方向衬底表面与阻性场板的电位差逐渐减。?谑前氲继灞砻娓杏Τ龅恼?绾纱幼笾劣抑鸾ゼ跎,从而有效避免了如金属场板末端电场尖峰过高导致终端提前击穿问题。常见的半绝缘膜是SIPOS(Semi-Insulating Polycrystalline Silicon),是一种半绝缘多晶硅。
 
  3. 场板加场限环技术
  由于单一的场限环终端结构,很容易受到半导体表面氧化层中的界面电荷的影响,而场板结构则可以很好地抑制器件表面的界面电荷。因此,场限环加场板结构就成为一种不错的组合,该终端结构不但可以优化表面电。?种平缑娴绾,而且还可以减小终端尺寸。最重要的是,该终端结构制造过程简单,场限环结构可与主结一同制作、场板结构可与多晶硅栅或者金属铝一同制作,不需要额外增加光刻版和工艺步骤。目前,该终端结构广泛应用于功率半导体器件中。
 
  图3是典型的场限环加场板终端结构图。场限环上方的金属场板与场限环通过打孔的方式形成接触。影响此种终端的因素有场板长度、环宽、环间距和环的结深等一系列因素。优化此种终端结构通常需要借助仿真软件并结合相关理论才能完成。本文的正面终端结构即采用场限环加场板技术。
场限环与场板相结合的终端结构 
图3 场限环与场板相结合的终端结构



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