功率半导体器件工作在阻断状态时，仅有非常微小的电流流过，在器件内部会产生耗尽区并存在较强电场。载流子在强电场作用下运动，被电场加速并与晶格发生碰撞。在两次碰撞之间，当载流子加速获得的能量达到电离的临界能量时，可能会使得价带电子激发至导带，产生二次电子空穴对，成为二次载流子。这些二次载流子同样在强电场的加速下，进一步与晶格发生碰撞，产生下一代载流子，循环往复，形成载流子的倍增效应，使得反向电流急剧上升，最终导致器件发生雪崩击穿。功率半导体器件的击穿电压是指器件在反偏电流急剧上升之前所能承受的最大阻断电压。
功率半导体所能承受的击穿电压取决于发生雪崩击穿时的电场分布，及BV=∫s E ds，s为击穿路径。功率半导体器件的耐压技术就是器件电场分布的优化技术，降低局部高电场，提高整体平均电场并扩展耗尽区宽度。改善电场分布的有两个基本技术：结终端技术、降低表面电场技术。
结终端技术
雪崩击穿按照发生的位置可以分为器件表面击穿和器件体内击穿，这里就对应于表面击穿电压和器件体内击穿电压。对于整个功率芯片而言，器件的耐压由这二者中的较小的那个数值决定。所以，对于设计一款功率芯片产品时，一方面要合理选择材料参数和器件结构参数、掺杂条件等来提高器件体内击穿电压；另一方面，实际的平面结因表面曲率效应使得器件的表面最大电场大于体内最大电场，这使得器件耐压一般由表面击穿决定，所以通常在表面或体内采用一些特殊结构设计来增大曲率半径，减小曲率效应来降低表面峰值电场，提高表面击穿电压。这个技术称为结终端技术，这是目前功率器件最常见的耐压技术。
结终端技术的本质就在于在主结附近加入或减少电荷Δ Q。这些电荷对原有电场E 0进行调制，以降低主结的峰值电场，并将耗尽区向远离主结的方向延展，使得表面电场分布更加优化，以提高表面击穿电压。结终端的耗尽区电荷及电场分布可以表示为：
其中，Q0(r)和E0(r)是未使用结终端技术时主结耗尽区的电荷和电场，Δ Q(r)和Δ E(r)是结终端技术加入或减少的附加电荷及其产生的附加电场。
结终端结构大致分为两类：
一、在主结耗尽区表面附近选择性地加入附加电荷Δ Q (r)，以降低最大表面场并扩展耗尽区，通常用于平面工艺，如结终端扩展(Junction Termination Extension，JTE)、场板(Filed Plate，FP)、场限环(Filed Limiting Ring，FLR)、横向变掺杂(Variation of Lateral Doping, VLD)等，这些都统称为平面结终端技术；
二、从半导体表面向器件体内进行操作，去除主结附近的部分半导体区域，通过对主结附近的半导体几何形状的控制，一方面可以使得强电场得以释放（如磨角终端技术，Bevel Edge Termination Technology，BETT）；另一方面采用刻槽去除电场集中的半导体区域，或者刻槽并填充绝缘介质，将高电场转移至临界击穿电场更高的介质中，从而提高击穿电压。这样的技术称为纵向终端技术。
降低表面电场技术
降低表面电场（Reduced SURface Field，RESURF）技术是利用衬底对漂移区形成的纵向PN结辅助耗尽漂移区，使得整个漂移区的耗尽从一维耗尽转为二维耗尽，使得漂移区电荷由器件体内和衬底共享，漂移区电场由一维转变为二维场，从而降低器件体区主结的表面峰值电场强度，提高器件击穿电压。电场线的垂直转向是降低表面电场的关键所在。
下面以横向P+N-结二极管为例说明RESURF原理：
当二极管处于反向阻断时，N+接高电位，P+和P-衬底接低电位，横向P+N-结和纵向P-N-结同时反偏，它们的相互作用影响器件的表面电场和纵向电场分布，耗尽区在N-外延层中沿横向和纵向同时扩展。
对于下左图的厚外延层的情况，因外延层较厚，外延层杂质剂量较高，在外延层还未完全耗尽时，横向P+N-结的峰值电场E c就已经达到了临界击穿电场E s,c，器件在表面处提前击穿，此时纵向P-N-结的峰值电场EB小于Es,c。而且因为外延层较厚，纵向P-N-结产生的电场对于器件表面电场影响较弱。所以，在未采用RESURF技术优化表面电场的情况下，器件的击穿电压较低。
对于右下图，在采用RESURF技术后，在外延层掺杂浓度相同的情况下，可以把外延层做的更薄。在器件表面击穿之前，外延层已经被完全耗尽，横向P+N-结和纵向P-N-结强烈的相互作用使得表面峰值电场强度降低，横向P+N-结与N+N-结的峰值电场相当。而且，平均表面电场增强，从而提高器件的BV。同时因横向P+N-结和纵向P-N-结共同耗尽N-外延层，所以N-外延层的浓度可以提高，继而降低器件导通电阻Ron。因此采用RESURF技术在提高器件耐压的同时，降低了器件导通电阻。
总结
结终端技术和RESURF技术各有优缺点和相应的适用范围，会逐一进行详细介绍各个技术以及应用。
如果您有样品申请或者技术支持等需求
我们将为您提供高效、贴心的解决方案！
欢迎电话咨询：135 1009 9916（微信同号）
↓ ↓ 点击图片免费领取产品规格书 ↓ ↓
想深入了解碳化硅功率器件产品知识？点击→「碳化硅（SiC）课堂」获取详情！
