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SiC IGBT的现状和挑战!

返回列表 来源:KPL押注网站 发布日期:2021-09-13 00:50
 本文摘要:文稿泉源:功率半导体的那些事儿 作为底层的p型外延层需要足够的厚度以及较高的掺杂浓度来保证机械强度和串联寄生电阻。可是在较厚的p型外延层中掺杂浓度受薄欧姆接触的形成、生长速率、外貌粗拙度和生长缺陷的限制。同时由于SiC的硬度和化学惰性使得n型衬底很难去除这也需要进一步的完善工艺。 正向特性是静态特性的重要组成部门也就是导通特性可以用正向导通电阻Ron来形貌。SiC IGBT的Ron一般低于Si IGBT和SiC MOSFET主要是因为其漂移区厚度小电导调制更短导致的。

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文稿泉源:功率半导体的那些事儿

作为底层的p型外延层需要足够的厚度以及较高的掺杂浓度来保证机械强度和串联寄生电阻。可是在较厚的p型外延层中掺杂浓度受薄欧姆接触的形成、生长速率、外貌粗拙度和生长缺陷的限制。同时由于SiC的硬度和化学惰性使得n型衬底很难去除这也需要进一步的完善工艺。

正向特性是静态特性的重要组成部门也就是导通特性可以用正向导通电阻Ron来形貌。SiC IGBT的Ron一般低于Si IGBT和SiC MOSFET主要是因为其漂移区厚度小电导调制更短导致的。另外p沟道的SiC IGBT的正向特性要比n沟道来的差所以n沟道SiC IGBT是较优的。

想较为直观的相识IGBT的动态特性双脉冲测试可以说是较为有效的手段。

与Si IGBT类似SiC IGBT由于其质料的特性导致动态参数有所差别。

大尺寸、高质量质料和低缺陷密度外延生长工艺都是实现SiC IGBT的关键。

n沟道SiC IGBT的制备

另外提高模块的耐温能力降低模块的热阻等也是尤为重要的这些都还需要不停的创新。现在的纳米银烧结双面冷却等技术可能能够解决部门SiC IGBT模块的需求但还不足够。

图片泉源:拍信

缺陷以及寿命增强

SiC晶片的质量直接决议了SiC IGBT器件的性能、可靠性、稳定性和产率间接地影响制造成本。SiC晶圆中的缺陷主要包罗质料固有的缺陷外延生长引起的结构缺陷如微管、位错、夹杂和聚集等(在之前我们聊Si基制造工艺时有涉及)。

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通过优化生长工艺和生长后处置惩罚工艺使得这些缺陷被降到了合理的规模这使得低压4H-SiC MOSFET器件获得商业化。而对于SiC IGBT来说上述缺陷作为复合中心大大降低了载流子的寿命高压SiC双极型器件需要很长的载流子寿命来降低导通压降此外载流子寿命也主导这导通压降和开关速度之间的折衷所以需要举行寿命增强。

SiC的宽禁带和极高的电压品级使得其IGBT性能与Si基IGBT有着差异主要就是消息态特性。

可以通过C+离子注入/退火、热氧化/退火或者是优化生长条件来降低影响载流子寿命的缺陷密度可是这相对于10kV以上的SiC IGBT来说这些措施还是足以满足除此之外寿命漫衍的不匀称性差别缺陷密度之间的权衡生长后发生的目的缺陷和新缺陷之间的权衡等等都是阻碍SiC IGBT商业化的因素。

SiC/SiO2界面性能

SiC 相比于Si IGBT的性能更优可是还是使用SiO2来作为栅极的氧化层带来了SiC/SiO2界面的新问题。

SiC IGBT可以像Si基的一样较容易形成SiO2层可是在氧化的历程中除了近界面陷阱外还会引入分外的C簇使得SiC/SiO2界面陷阱密度远大于Si/SiO2导致SiC MOS的沟道迁移率大大降低。引入氮是降低退却火中界面陷阱密度的有效方法可是氮的引入造成了新的缺陷造成了可靠性的问题。所以为了获得高质量的SiC/SiO2界面就需要完全去除剩余的C原子和近界面陷阱。

另有个主要的问题就是氧化层的高电场。在4H-SiC IGBT中SiO2中的电场是SiC中的2.5倍与Si IGBT相比SiC IGBT中较高的临界电场使得SiO2的电场更高。有些研究使用高介电常数的介电体取代SiO2来降低栅绝缘层和SiC之间的电场比可是新介质和SiC界面带偏置较低其界面缺陷密度大泄电流较大虽然一定水平上提高了沟道迁移率可是和现有大规模制造的兼容性以及在高压工况下的恒久稳定性难以处置惩罚。

终端技术

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为了保证SiC IGBT的高压可靠和结实的终端是必须的终端能够保证器件能够支持大于90%的整体击穿电压。结端扩展(JTE)和场限环(FLRs)是现在SiC IGBT的两种主要终端技术。为了缓解边缘电场效应SiC IGBT的终止长度要比Si基的长许多终端面积占了整个芯片面积的50%以上导致芯片面积较大。

准确控制注入剂量和优越的面积使用是JTE技术实现匀称电场的须要条件因此JTE主要用于低压器件。而FLR技术主要用于高压器件但其在高压器件中需要消耗很大的面积。

针对这一问题提出了线性或区域优化距离的FLRs技术缩短了30%的终止长度增加了23%的击穿电压;以及JTE和FLR联合的JTE环技术在相同的击穿电压减小了20~30%的终端面积。

封装技术

现在S。


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