制造业:6月7日

高压superjunction SiC设备
华威大学和剑桥大学微电子已经发表了一篇论文的最新努力开发一种新型碳化硅(SiC)电源设备SiC superjunction肖特基二极管。

研究人员模拟和优化的发展4 h-sic superjunction肖特基二极管在1700伏特的电压等级,目标分解电压高于2千伏。其他人正在做类似的设备。换句话说,这个行业正在寻找方法来延长击穿电压水平的今天的单极碳化硅电力设备。这反过来可以使碳化硅电力设备参与新和高压市场。

原文如此,基于硅和碳的化合物半导体材料,是用来制造专业电力半导体器件。这些设备用于高压应用程序(如电动汽车、电源、太阳能逆变器和火车。

基于碳化硅功率半导体和其他技术帮助控制和电力转换系统。电力半决赛专门的晶体管,提高系统的效率,减少能量损失。他们像一个开关在操作系统,允许电力流动的“在”状态,停止“关闭”状态。

在传统MOSFET设备、源、门和排水设备。相比之下,功率半导体垂直结构特征,源和漏在哪里位于两端的设备。垂直结构使设备能够处理更高的电压。

今天的功率半导体市场是由硅设备,如功率mosfet, superjunction功率场效应管和绝缘栅双极晶体管(igbt)。功率场效应管用于低电压10 - 500伏的应用,例如适配器和电源。Superjunction使用功率mosfet在500 - 900伏的应用程序。igbt,领先的中档电力半导体器件,用于1200伏到6.6伏特的应用程序。

“硅superjunction范围位于~ 500和900 V之间快速切换之间的一座桥梁,低压mosfet、igbt和低传导损失,”彼得腌解释说,英国华威大学的副教授,在电子邮件交流。

igbt、mosfet是成熟的和便宜的,但他们也达到极限。这就是功率半导体碳化硅和出适合(GaN)材料。这两个国家以及氮化镓wideband-gap材料,使设备具有更高效率和更小的形式因素。例如,SiC 10 x击穿电场强度和3 x对硅带隙。但是他们也更昂贵比硅半决赛。

然而,有两个SiC设备types-SiC场效应管和二极管。碳化硅mosfet功率开关晶体管。碳化硅二极管通过电力在一个方向上和块在相反的方向。“今天的商用SiC mosfet广泛可用的从600年到1700 V。现在一些供应商释放3.3 kV mosfet。MOSFET技术最终可能达到10 kV,但电阻通路状态损失会越来越高,”胡说说。

在更高的电压,碳化硅有一些问题。“今天,我们上课很好,低阻力,快速交换SiC mosfet额定1700 V,“胡说说。“然而,当我们试图进一步加大电压3.3 kV,阻力会扩大,直到这些电阻损失成为问题。减少阻力的方法之一是使用一个双相设备,比如一个IGBT。这可能是偏好在SiC 15千伏及以上,但这些有很高的切换损失。”

这就是SiC superjunction设备适应。它可以扩大碳化硅电力设备超出3.3 kV。“两个极端之间的半步是使用superjunction技术,在中间电压范围(3.3 kV 10 kV)。这有可能降低之间找到最佳平衡电阻不增加太多的切换损失,”胡说说。

但也有一些挑战开发高压superjunction SiC设备。基本上,这个行业需要新的制造技术。superjunction原则可以应用于原文如此,但传统的制造技术,如外延生长和植入,不成熟。

尽管如此,SiC superjunction设备一样的硅相对应的工作。如上所述,功率半导体垂直设备。源和门上的设备,而流失是在底部。epi薄层在中间。

简而言之,一个硅superjunction功率MOSFET具有比传统的功率MOSFET epi薄层。使硅superjunction功率mosfet在工厂,你成长几微米的硅在设备上,然后做一个离子注入的步骤。你重复这个过程,直到你有P和N superjunction列,根据沃里克的火腿。

“这些superjunction设备比硅更难在原文如此,“胡说说。“在原文如此,你只能植入1 ~嗯,这将是一个昂贵和复杂的方式。所以华威,我们看一些不同的方法,如何让他们通过侧壁植入或蚀刻一个战壕和给它注入CVD-grown原文如此。”

本文从华威,研究人员把边墙植入路线使碳化硅superjunction肖特基二极管。在实验室中,研究人员使用4 h-sic基材。基质是100μm厚度。这时,一个漂移区域厚度9μm衬底上定义实现击穿电压大于2千伏。漂移或epi地区使用一个外延过程开发。

下一步是一个小槽结构的发展。“半电池mesa-width (MW)测量在海沟中点和固定在整个研究2.1μm,“说人从英国华威大学的贝克,。别人为工作做出了贡献。

然后,使用一个离子注入过程设备被激活。“P-columns然后通过植入到胎侧沟,”贝克说。“一个倾斜的植入会形成p-pillars沿着海沟侧壁植入深度200海里。假设盒子形状注入剖面,使用铝离子。战壕是由ICP-RIE-etching和钝化之前与封装电介质填充。第一次种植的二氧化硅层使用槽侧壁上形成一个高质量的界面。海沟是使用聚酰亚胺(PI)。金属接触形成设备的顶部和底部。设备间距是固定在4.2μm确保设备可比电流密度。”

这个过程使垂直1700 - 4 v h-sic superjunction肖特基二极管。“在整个研究中,传统的SJ权衡的最大化VBD同时最小化罗恩保存在资产变现离子注入窗口。该方法克服了相关的一些复杂的制造挑战传统SJ结构,从而确保未来设备的实际实现,”贝克说。

测量SiC一生
名古屋理工学院开发了一种无损测量的方法深度分布的载体在双极SiC设备。

测量载体,研究人员已经开发出一种时间分辨技术自由载流子吸收与区间的灯(IL-TRFCA)。

今天,单极SiC设备的电压限制在低于3.3 kV的某个地方,根据名古屋理工学院的研究人员。有一些挑战扩展电压。所以,有些人看着双SiC设备。这些设备通过电导调制提供较低的导通电阻。

但是载体寿命提出了挑战。“太长载体寿命增加切换损失,这必须适当地平衡取舍准确控制载体寿命的分布在半导体内,“根据名古屋理工学院的研究人员。

因此,必须测量半导体的载体寿命分布。为此,最常见的方法是一种破坏性的技术,你样品和分析材料的横截面。

相反,名古屋理工学院无损measurement-IL-TRFCA设计了一个改进的版本。使用这种技术,研究人员可以测量载体寿命分布的样本而不需要内切。

研究人员做了一些修改IL-TRFCA方法。他们采用更大的入射角的34°激光和高数值孔径物镜和探测器。这些修改导致提高深度分辨率,也使人们有可能在厚使用IL-TRFCA碳化硅层。

事件
你想了解更多关于集成电路包装吗?的电子产品、组件和技术会议(ECTC)是英超国际包装会议。ECTC 2021将在虚拟的格式。特别会议和面板将预先录制好的和组件。

会议将包括350多个技术论文组织成46局部会话,每个会话都可以作为一个随需应变的网络直播会议期间,将在周二开放,6月1日,周日,7月4日。了解更多关于会议,去ECTC网站。登记是开放的。