RESURF原理介绍

RESURF（Reduced Surface Field，降低表面电场）原理是一种用于高电压功率器件设计的技术，它通过特定的结构优化，能够制造出即使在较薄的外延层或者注入层中也能够承受高电压的器件。RESURF技术最初由J.A.Appels和H.M.J.Vaes在飞利浦研究实验室提出，并广泛应用于各种功率器件，如LIGBT（横向绝缘栅双极晶体管）、LDMOS（横向扩散金属氧化物半导体）等。 在功率器件设计中，突破高电压耐受能力的难点在于器件的电场分布。传统的器件设计往往在垂直PN结处发生击穿，因为垂直方向的电场强度较高，尤其是在厚的外延层中。RESURF技术的核心在于利用水平PN结来控制并降低器件表面的电场强度，从而避免了水平表面的击穿现象。通过RESURF技术设计的器件，能够在更高的电压下正常工作，同时还可减少器件的总面积，实现更高效的电力转换。 根据文中描述，RESURF器件的基本结构由一个高阻抗P型衬底和一个外延的N层组成，它们之间形成一个横向的PN结。这样的结构使得器件在工作时能够通过水平PN结来增强垂直PN结的耗尽区。当外延层较厚时，垂直PN结的耗尽区不会受到水平PN结的影响，此时器件的击穿电压主要由垂直PN结的掺杂浓度决定。然而，当外延层变得更薄时，水平PN结对垂直PN结耗尽区的影响变得显著，这导致整个耗尽区沿着表面被均匀展开。 在薄外延层的RESURF器件中，由于电场分布均匀，所以表面电场强度没有达到临界电场值，因此器件即使在较高电压下也不会发生击穿。文中用图例展示了不同厚度外延层中电场分布的变化情况，图中a、b、c分别代表厚外延层、薄外延层和非常薄外延层情况下的电场分布。在厚外延层中，垂直PN结电场占据主导，而在薄外延层中，由于水平PN结的影响，电场在整个耗尽层中分布更加均匀。 RESURF技术的提出，不仅推动了高电压功率器件的性能提升，也为半导体工业的设计理念带来了创新。它使得功率器件在高频开关应用中具有更好的性能表现，并且对降低功耗、提高效率和可靠性都有重要的意义。