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特高压晶闸管结终端造型技术

半导体技术 2015年第2期40卷 129-135页

作者：高山城李罛吴飞鸟吴涛袁渊何杉西安电力电子技术研究所西安710061

分析了传统晶闸管结终端造型技术的优缺点。基于双负角结终端造型技术,通过径向变掺杂技术和类台面造型技术改进,发展了一种全新的结终端造型技术。该技术不仅使芯片极薄化,而且使结终端造型占用芯片长度极小化,同时使有效导通长度极大... 详细信息

分析了传统晶闸管结终端造型技术的优缺点。基于双负角结终端造型技术,通过径向变掺杂技术和类台面造型技术改进,发展了一种全新的结终端造型技术。该技术不仅使芯片极薄化,而且使结终端造型占用芯片长度极小化,同时使有效导通长度极大化。制造并测试了三种不同结终端造型技术的样品,测试结果表明,采用该技术的样品在不降低阻断电压(≥8 000 V)前提下,具有更小的漏电流(2.50 m A);在流过相同的通态电流(4 500 A)时,具有更小的通态压降1.782 V;而且反向恢复电荷、dv/dt耐量、di/dt耐量、关断时间等得到全面优化。成功研制了6英寸(1英寸=2.54 cm)电流为4 500 A、阻断电压为8 500 V的特高压晶闸管,其动态特性和参数的一致性满足设计及应用要求。

关键词：结终端变掺杂类台面阻断电压通态电流通态压降

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VDMOS结终端技术对比研究

半导体技术 2016年第1期41卷 46-50页

作者：赵圣哲李理赵文魁深圳方正微电子广东深圳518116

垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应管(VDMOS)器件的反向耐压能力主要取决于器件结构中的特定pn结反偏击穿电压,由于pn结特性,击穿通常发生在结终端。随着结终端技术的发展,功率VDMOS器件的击穿特性有了很大的提升。主要介绍了几种目前... 详细信息

垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应管(VDMOS)器件的反向耐压能力主要取决于器件结构中的特定pn结反偏击穿电压,由于pn结特性,击穿通常发生在结终端。随着结终端技术的发展,功率VDMOS器件的击穿特性有了很大的提升。主要介绍了几种目前常用的结终端技术的结构及工作原理,包括场限环技术、p+偏移技术、横向变掺杂技术、结终端扩展技术和RESURF技术。重点探讨了每种方法的优缺点,并指出几种结终端技术不同的设计难度、工艺控制和实现要点等。同时固定元胞设计,采用不同的结终端技术试制了600 V VDMOS产品,对比了采用不同结终端技术制作芯片的工艺制造以及成本,可为实际的制造生产提供理论指导。

关键词：结终端场限环(FLR)技术 p+偏移技术横向变掺杂(VLD)技术结终端扩展(JTE)技术 RESURF技术

一种高压4H-SiC二极管改进场限环结终端结构

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微纳电子技术 2015年第2期52卷 75-79页

作者：查祎英田亮杨霏国网智能电网研究院北京102209

设计了一种用于3.3 kV4H-SiC肖特基二极管的场限环(FLR)结终端保护结构。该结终端保护结构是通过在高能离子注入形成二极管p+有源区的同时在结边缘形成多个不同间距的p+场限环来实现的,以避免多次离子注入。借助半导体数值仿真软件Silva... 详细信息

设计了一种用于3.3 kV4H-SiC肖特基二极管的场限环(FLR)结终端保护结构。该结终端保护结构是通过在高能离子注入形成二极管p+有源区的同时在结边缘形成多个不同间距的p+场限环来实现的,以避免多次离子注入。借助半导体数值仿真软件Silvaco,对制备二极管所用的4H-SiC材料外延层耐压特性进行了仿真验证;对场限环的环间距和场限环宽度进行了优化,形成由34个宽度5μm的场限环构成的场限环结终端结构。以此为基础,采用4英寸(1英寸=2.54 cm)n型4H-SiC外延片成功制备了3.3 kV4H-SiC二极管器件。简述了制备工艺流程,给出了部分关键工艺参数。对二极管芯片进行了在片测试和分析,反向漏电流密度1 mA/cm2时的击穿电压约为3.9 kV,且70%以上的二极管耐压可达到3.6 kV以上,验证了这一场限环结终端的可行性。

关键词：结终端场限环(FLR) 碳化硅二极管击穿电压器件仿真

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4H-SiC高压肖特基二极管及结终端技术研究

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4H-SiC高压肖特基二极管及结终端技术研究

作者：宋庆文西安电子科技大学

学位级别：硕士

碳化硅（SiC）是近十几年来迅速发展起来的第三代半导体材料之一。与传统半导体材料Ge,Si以及GaAs相比,SiC以其优良的物理化学特性和电学特性成为制造高温、大功率、高频微波及抗辐照电子器件的理想材料。在高频电路和微波领域,具有高... 详细信息

碳化硅（SiC）是近十几年来迅速发展起来的第三代半导体材料之一。与传统半导体材料Ge,Si以及GaAs相比,SiC以其优良的物理化学特性和电学特性成为制造高温、大功率、高频微波及抗辐照电子器件的理想材料。在高频电路和微波领域,具有高功率、高温及高可靠性的4H-SiC肖特基二极管（SBD）具有广阔的应用前景。为了改善4H-SiC SBD的反向阻断特性,提高器件的击穿电压,本文利用器件数值仿真工具对结终端扩展（JTE）结构的4H-SiCSBD的击穿特性进行了研究,分析了击穿电压与结构参数的关系,给出了优化的器件结构参数,提出了一种优化设计该类器件的方法。针对严重影响4H-SiCSBD击穿特性的表面电场和电势分布,通过求解二维泊松方程,建立了一个精确且简化的JTE结构的4H-SiC SBD的表面场分布解析模型,该模型计算结果与器件数值仿真结果基本一致,为碳化硅功率器件的JTE终端设计提供了理论基础。为了比较各种终端结构提高4H-SiCSBD击穿的电压效率,本文最后设计了4H-SiC SBD的工艺实验方案,分析了该类器件制造中的材料和关键工艺,结合国内现有的碳化硅的工艺水平,设计了具有不同终端结构的器件的版图图形和主要的工艺流程并进行了初步流片。

关键词： 4H-SiC SBD 结终端击穿特性解析模型工艺

GCT横向变掺杂（VLD）结终端结构的优化设计

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GCT横向变掺杂（VLD）结终端结构的优化设计

作者：闫丽君西安理工大学

学位级别：硕士

集成门极换流晶闸管(IGCT)作为一个新型的电力半导体器件,广泛的应用于大功率领域。阻断电压及其稳定性是衡量器件阻断能力和可靠性的一个非常重要的标志,为了提高GCT的阻断电压及其稳定性和芯片利用率,需要对其结终端结构进行优化设计... 详细信息

集成门极换流晶闸管(IGCT)作为一个新型的电力半导体器件,广泛的应用于大功率领域。阻断电压及其稳定性是衡量器件阻断能力和可靠性的一个非常重要的标志,为了提高GCT的阻断电压及其稳定性和芯片利用率,需要对其结终端结构进行优化设计。本文以4.5kV GCT为例,提出了一种横向变掺杂(VLD)结终端结构的设计方法。首先利用Sentaurus-TCAD仿真软件,重点对VLD结终端结构的耐压机理及击穿特性进行研究,提取合适的终端结构参数,其次对比分析了钝化层中的电荷对器件击穿特性的影响,最后对GCTVLD结构的关键制作工艺进行了分析。主要研究内容如下:第一,分析了 VLD的结构特点及传统设计思路,提出了一种更为简便的终端掩模设计方法。采用此方法设计了一款GCT终端结构,并采用Sentaurus-TCAD软件进行了仿真验证。结果表明,VLD结构在耐压效率、稳定性及终端尺寸方面均优于传统的台面斜角终端及普通的场限环终端结构,并对终端结构参数进行了优化设计。第二,研究了 VLD终端结构的钝化膜。分析了钝化层中固定电荷对击穿电场强度分布及击穿电压的影响。结果表明,钝化层中固定电荷的极性(正、负)及密度Qss的大小对终端击穿特性有很大的影响,并且当其中固定电荷密度大于1 × 109cm2时不适用于VLD结终端结构。第三,研究了 GCTVLD的关键工艺。根据优化设计的VLD掩模参数,通过工艺仿真给出的VLD掺杂剖面具体的工艺实施方案,并对GCT VLD结构的阻断特性进行了仿真验证,结果验证了本文所提出的设计方法的可行性。本文的研究成果对高压深结器件的结终端结构设计具有一定的参考价值。

关键词：门极换流晶闸管结终端耐压横向变掺杂仿真

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覆有BST膜的半导体功率器件结终端研究

电子元件与材料 2012年第12期31卷 46-48页

作者：葛微微张国俊钟志亲王姝娅戴丽萍电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室四川成都610054

通过一系列的工艺步骤,在半导体功率器件含有场限环(FLR)的结终端上覆盖了一层300 nm厚、介电常数高的钛酸锶钡(BST)膜。对该新型结终端和无BST膜的传统FLR结终端的结构与性能进行了研究比较。结果表明,在覆盖BST膜后,FRL结终端的结构... 详细信息

通过一系列的工艺步骤,在半导体功率器件含有场限环(FLR)的结终端上覆盖了一层300 nm厚、介电常数高的钛酸锶钡(BST)膜。对该新型结终端和无BST膜的传统FLR结终端的结构与性能进行了研究比较。结果表明,在覆盖BST膜后,FRL结终端的结构击穿电压提高了50%。这证明BST膜能够提高器件的击穿电压。

关键词：半导体功率器件钛酸锶钡(BST)膜结终端场限环

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建模分析GaN基二极管的p型结终端影响

中国集成电路 2023年第7期32卷 48-52,91页

作者：黄永西安电子科技大学芜湖研究院

为防止功率器件局部电场尖峰导致的初始撞击电离和破坏性击穿,通常硅(Si)或碳化硅(SiC)基器件采用边缘终端结构,而该技术在氮化镓(GaN)基功率器件上受限于加工工艺而未能普及。本文基于器件级仿真计算,拟用p型GaN和p型氧化镍(NiO)分别... 详细信息

为防止功率器件局部电场尖峰导致的初始撞击电离和破坏性击穿,通常硅(Si)或碳化硅(SiC)基器件采用边缘终端结构,而该技术在氮化镓(GaN)基功率器件上受限于加工工艺而未能普及。本文基于器件级仿真计算,拟用p型GaN和p型氧化镍(NiO)分别作为结终端(JTE),来分析GaN基准垂直肖特基二极管的耐压机制。基于仿真结果推测p型NiO JTE可显著提高二极管的耐压,这得益于NiO和GaN异质界面存在带阶差形成的势垒,可阻碍少数载流子形成漏电流。

关键词：氮化镓氧化镍二极管结终端耐压

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硅材料功率半导体器件结终端技术的新发展

电子器件 2009年第3期32卷 538-546页

作者：张彦飞吴郁游雪兰亢宝位北京工业大学功率半导体器件与功率集成电路研究室北京100124

综述了硅材料功率半导体器件常用结终端技术的新发展。介绍了场板、场限环、结终端延伸、横向变掺杂、深槽、超结器件的终端等一系列终端技术发展中出现的新结构、新原理和新数据,并对其优缺点与适用范围进行了说明。

关键词：功率器件结终端击穿电压

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GaN垂直结构器件结终端设计

电子与封装 2023年第1期23卷 40-51页

作者：徐嘉悦王茂俊魏进解冰郝一龙沈波北京大学集成电路学院北京100871 集成电路高精尖创新中心北京100871 北京大学物理学院北京100871

得益于优异的材料性能,基于宽禁带半导体氮化镓(GaN)的功率电子器件得到广泛关注。与横向的高电子迁移率晶体管(HEMT)结构相比,垂直结构的GaN功率器件更易于实现高耐压和大电流,且其不被表面陷阱态影响,性能较为稳定,有望进一步拓展在... 详细信息

得益于优异的材料性能,基于宽禁带半导体氮化镓(GaN)的功率电子器件得到广泛关注。与横向的高电子迁移率晶体管(HEMT)结构相比,垂直结构的GaN功率器件更易于实现高耐压和大电流,且其不被表面陷阱态影响,性能较为稳定,有望进一步拓展在中高压领域的应用。在垂直器件中,一个重要的设计是利用结终端来扩展器件内部电场的分布,减轻或消除结边缘的电场集聚效应,防止功率器件的过早击穿。结合GaN垂直结构肖特基二极管(SBD)以及PN结二极管(PND),回顾了常用的结终端设计方法和工艺技术,对各自的优缺点进行了总结。此外,GaN的材料性能与传统硅(Si)以及碳化硅(SiC)材料存在较大差异,讨论了其对结终端设计和制备的影响。

关键词：宽禁带半导体氮化镓垂直结构器件二极管结终端