论文研究-一种新型的沟槽-场限环复合终端结构 .pdf

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一种新型的沟槽-场限环复合终端结构,张磊,王彩琳,本文提出了一种适用于高压快速软恢复二极管(FSRD)的沟槽-场限环复合终端新结构,通过二维数值仿真分析了其击穿机理和反向恢复特�
山国武技论文在丝 1.0e+02 普通场限环结构 1.0e+0l 沟槽-场垠环结构 400K 图10e-02 10e-03 10e-04 300K 体击穿 1.0e-05 ≠ === 0e06 4000 阴极电压() 图在常温()与高温 )下高压 的体击穿特性及两种结构的终端击穿特性比较 8.EE+4 E200 空间电荷区扩展边界 2上42 2,7E+3 400 1-.E+5 500 1c00 1500 X [um] 图普通场限环结构的空间电荷区展宽分布 rgc [cmm. 3 1,EE+5 空间电荷区扩展边界 4,[+2 4C0 -9,1E:5 1000 1500 X Lum 图沟槽场限环复合结构的空间电荷区展宽分布 电场强度分布 图是采用两种终端结构的高压反向击穿时有源区与终端区交界附近结弯曲 处的纵向电场分布的比较。可见,采用普通场限环结构时,在主结结弯曲处的峰值电场 强度约为 ;采用沟槽场限环复合结构时,在电阻区结弯曲处的峰值电场 强度约为 并且,在整个区内,沟槽场限环复合结构的电场强度均高于普 通场限环结构,因此,沟槽场限环复合结构具有较髙的终端击穿电压。 20e+05 普通场限环结构 卡 人、沟槽场渠环结构 田 器件厚度(um) 图两种终端结构的二极管在反向击穿时电场分布的比较 山国武花论文在丝 图()为采用沟槽场限环复合结构的高压反冋击穿吋的三维()电场强度 分布。可见,各环的峰值电场强度几乎相等,且略低于主结的峰值电场强度,因此,击穿点 位于体内靠近主结的结弯曲处,可以保证器件在反向阻断时具有较高击穿电压和可靠 性。图(〕为沟槽拐角处的纵向电场强度分布,其峰值电场强度仅为 低于图所示的结弯曲处峰值电场强度 ),这说明沟槽拐角处的峰值电 场较低,不会在此处发牛击穿。 20E+05 Abs ElectricFisldVcma-1I 沟槽处峰值电场 1.5E+5 7.4E+04 1.0F+n5 5.0E+04 ()反向击穿下的三维()电场强度分布()沟槽拐角处的纵向电场强度分布 图采用汋槽场限环复合结杓的高压反向击穿时的三维()电场强度分布及共沟槽拐角处的纵 向电场强度分布 动态特性 电流密度分布 图是釆用两种终端结构的高压反向恢复期间阳极侧表面电流密度分布比较。其 反向恢复特性的测试条件均为: μ。由图可 见,在普通场限环结构的有源区与终端区交界处,电流密度产生了很高的犬峰,其峰值达到 ;而沟槽场限环复合结构在整个电阻区内的电流密度分布较为均匀,且表面处 电流密度明显降低,峰值电场强度约为 。这说明采用沟槽场限环复合结构,有 助于缓解终端区与有源区交界处的电流集中,避免因表面局部电流密度过高,产生过高的温 升而使器件失效。 Q一单流密度尖峰 000 沟槽场限环 普通场限环结构 结构 2000 电阻区 400 600 器件横向宽度(u 图采用两种终端结构的高压反向恢复期间阳极側表面处的电流密度分布比较 山国武花论文在丝 电场强度分布 图是采用两种终端结构的高压反向恢复期间终端区结弯由处的纵向电场强 度分布比较。在普通场限环结构中,电场强度峰值出现在终端区表面(μ),约为 在沟槽场限环复合结构中,申场强度峰佰岀现在体内(μ)且靠近结弯曲 处,约为 可,新终端结构中引入沟槽后。可以将反冋恢复期冋容易穿通到 终端衣面的峰值电场转移到体内的结弯曲处,避免了终端衣面的穿通击穿,提扃了终端 耐压的可靠性。此外,由于沟槽场限环复合终端结构阴极侧结处的电场强度较低,对动 态雪崩有一定的扣制作用。如果高压在反向恢复期间发生了动态雪崩,沟槽场限环 复合结构表面处的这种特殊电场强度分布可以使空穴被抽取时远离终端表面,不会像旾通场 限环结构中空穴经由终端表面扣取时发生穿通击穿。因此,采用沟槽场限环复合终端结构, 还可以提高的抗动态雪崩的能力,从而提高其反向恢复的可靠性 3.0e+05 峰值电场 月尔恶画 2.0e+05 n-12 普通场跟环结构 1.0e+05 沟槽-场限环结构 100 器件厚度(pm) 图采用两种终端结构的高压反向恢复期间终端区沿结弯曲处的纵向电场强度分布比较 结论 本文给出了一种新型的沟櫺场限环复合终端结构,并通过仿真与普通场限环结构对比 硏究了其静态和动态特性。结果表明,采用新型的沟槽场限环复合终端结构,可以将高压 的击穿电压提高,并保持漏电流不变,且器件不会在沟槽拐角处发生击穿;反 向恢复期间,不仅型电阻区可以缓解终端区与有源区交界处的电流集中,而且沟槽可将穿 通到终端表面的峰值电场转移到体内的结弯由处,从而避免器件因过热而损坏。可见, 采用这种新型的沟槽场限环复合终端结枃,可以提高器件的可靠性。 参考文献 山国武技论文在丝

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