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纵向终端技术

2026-01-30 10:25:16

    功率器件的终端技术主要分为横向和纵向两大类,常规情况下都是在讨论场板、场限环、结终端扩展等都是属于横向终端技术,而纵向终端技术则是属于另一种。它的核心在于不依赖横向的电场调制结构(如场限环、场板),而是通过控制器件在垂直(纵向)方向上的电场分布,使其在芯片的切割道或终端区域自然、安全的终止。

通过纵向终端技术使得器件在终端区域可以像有源区一样,实现一个理想接近于平行平面结的纵向电场分布,从而从根本上消除边缘击穿。

沟槽终端技术

    沟槽终端技术是通过刻蚀沟槽去除主结的曲面结部分,以移除电场集中的半导体区域,大多数情况需在槽中填充介质材料,将高电场转移至介电系数更低但临界击穿电场更高的介质区域,从而提高耐压,并大大缩小结终端结构占用的表面积。

沟槽终端结构如下图。所填介质的介电常数一般来说小于Si的介电常数,如SiO2

沟槽终端耐压技术的机制是:

通常平面工艺形成的PN结表面总存在有柱面结和球面结引起的电场集中,等势线分布如下图,且将高电场转移到绝缘介质中;

根据高斯定理,垂直于Si/介质界面的电场强度与其介电系数呈反比,更窄的低k介质槽终端可承受与较宽Si平面终端结构相同的耐压,所以介质槽终端在提高耐压的基础上,能够极大地节省终端区域的面积。

介质槽终端的宽度和深度与所填介质的k值相关,在相同耐压下,k值越低,槽越窄且越深。

纵向JTE技术

    平面JTE技术是通过在水平方向上延展主结的电荷分布,扩大曲率半径,从而使击穿电压接近于理想平行平面结的击穿电压。平面JTE的缺点在于需要占用较大面积。沟槽终端技术在缩小终端面积方面优势显著,但是单一沟槽终端技术的器件容易在半导体/槽介质界面处提前击穿。对于更高耐压级别的器件,单一沟槽终端结构能力不够。

所以,在沟槽技术的基础上,可在深槽侧壁以及沟槽底部形成很薄的P-区和主结P+N结的纵向JTE结构,在槽内填充的介质介电常数小于半导体漂移区的介质,如下图所示。

适当控制P-层的浓度和深度使其在N/P-层结面不发生击穿,并且在击穿时P-层完全耗尽,其等势线在槽周围均匀分布,仿真结果也表明了沟道和JTE复合终端耐压可以接近理想平行平面结的击穿电压,其终端效率大大高于单一终端结构的效率,如下图所示:

纵向场板技术

单一的沟槽终端技术只是利用临界击穿电场更高的槽介质来承受高电场,并没有完全消除Pwell电场集中的线性,这是因为在所有的N-漂移区电离正电荷的电场线必须终止于表面Pwell区域的电离受主负电荷,这就一定会带来Pwell区域的电场集中。

纵向场板的引入可以在漂移区内产生横向附加电场,即N漂移区中部分电离施主的电场线横向终止于场板,从而缓解了P区电场线集中的现象。

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作者: 深圳市亿伟世科技有限公司
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纵向终端技术
功率器件的终端技术主要分为横向和纵向两大类,常规情况下都是在讨论场板、场限环、结终端扩展等都是属于横向终端技术,而纵向终端技术则是属于另一种。它的核心在于不依赖
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