基于SIPOS材料的高壓功率器件終端設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間：2020-05-23 19:12

【摘要】：高壓功率電子器件在當(dāng)今社會(huì)的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛,占據(jù)著不可替代的地位。近年來(lái),隨著科研人員的努力及研究的深入,已經(jīng)出現(xiàn)了很多不同的終端類型且每個(gè)終端都有各自的優(yōu)勢(shì),而SIPOS材料的加入對(duì)于終端鈍化技術(shù)及場(chǎng)板技術(shù)是一個(gè)新的提高。本文主要研究傳統(tǒng)場(chǎng)限環(huán)終端和VLD終端以及在傳統(tǒng)終端基礎(chǔ)上加入SIPOS材料的新型終端,并利用TCAD Silvaco仿真軟件對(duì)終端進(jìn)行了仿真分析和對(duì)比,主要研究的內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:首先,本文闡明了本課題的研究意義并介紹了結(jié)終端技術(shù)的含義與種類,分析了SIPOS材料及其特性。詳細(xì)闡述了結(jié)終端技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用及SIPOS材料在終端應(yīng)用時(shí)的原理與效果。進(jìn)一步地,從理論的角度詳細(xì)說(shuō)明了終端耐壓的機(jī)理與結(jié)擊穿的原理。分析了碰撞電離系數(shù)及雪崩倍增效應(yīng),考慮平面結(jié)擊穿時(shí)的電勢(shì)及耗盡層分布。從電場(chǎng)分布、耗盡層擴(kuò)展方式等角度分析了四種終端(場(chǎng)板、場(chǎng)限環(huán)、結(jié)終端擴(kuò)展及磨角)提高器件擊穿電壓的原因,分析了在終端中加入SIPOS材料對(duì)終端特性的影響。通過(guò)仿真軟件TCAD Silvaco建立以IGBT器件為元胞的終端模型,首先設(shè)計(jì)了傳統(tǒng)場(chǎng)限環(huán)終端結(jié)構(gòu),接著在傳統(tǒng)場(chǎng)限環(huán)終端的基礎(chǔ)上加入SIPOS層設(shè)計(jì)了新型場(chǎng)限環(huán)終端,比較了傳統(tǒng)終端與新型終端的擊穿特性,并且對(duì)新型終端的參數(shù)進(jìn)行了仿真拉偏。接下來(lái)又設(shè)計(jì)了與場(chǎng)限環(huán)終端相同元胞的VLD終端且也在傳統(tǒng)VLD結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加入SIPOS材料。在設(shè)計(jì)VLD終端時(shí),利用仿真驗(yàn)證了三種不同掩膜版下的VLD形貌并選擇了最優(yōu)方案,同時(shí)仿真了在新型VLD終端的工藝條件偏差對(duì)終端特性的影響。發(fā)現(xiàn),注入能量、注入劑量、推結(jié)時(shí)間、推結(jié)溫度等對(duì)終端的擊穿特性都有影響且存在優(yōu)值。仿真了終端耐壓隨著溫度的變化,并分析了原因。最后,分析了兩種新型終端與傳統(tǒng)終端在擊穿特性上的差異且通過(guò)仿真驗(yàn)證了新型場(chǎng)限環(huán)終端與新型VLD終端隨工藝參數(shù)漂移發(fā)生的變化且分析了原因。隨著注入能量、注入劑量、推結(jié)時(shí)間、推結(jié)溫度等工藝條件的改變時(shí),VLD結(jié)構(gòu)的形貌如結(jié)深,最高濃度等會(huì)發(fā)生變化,進(jìn)而影響終端的擊穿電壓。并且對(duì)比了VLD終端與場(chǎng)限環(huán)終端的尺寸及工藝容差,分析了兩種終端各自的優(yōu)點(diǎn)。
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