Прэзентацыя распрацоўкі і вытворчасці чыпаў з карбіду крэмнію (SiC): ад асноў да прымянення

Карбід-крэмніевыя (SiC) МАП-транзістары — гэта высокапрадукцыйныя сілавыя паўправадніковыя прылады, якія сталі неабходнымі ў розных галінах прамысловасці, ад электрамабіляў і аднаўляльных крыніц энергіі да прамысловай аўтаматызацыі. У параўнанні з традыцыйнымі крэмніевымі (Si) МАП-транзістарамі, карбід-крэмніевыя МАП-транзістары забяспечваюць найлепшую прадукцыйнасць у экстрэмальных умовах, у тым ліку пры высокіх тэмпературах, напружаннях і частотах. Аднак дасягненне аптымальнай прадукцыйнасці ў прыладах з карбідам крэмнію выходзіць за рамкі простага атрымання высакаякасных падложак і эпітаксіяльных слаёў — яно патрабуе дбайнага праектавання і перадавых вытворчых працэсаў. У гэтым артыкуле падрабязна разглядаецца структура канструкцыі і вытворчыя працэсы, якія дазваляюць ствараць высокапрадукцыйныя карбід-крэмніевыя МАП-транзістары.

1. Праектаванне структуры чыпа: дакладная кампаноўка для высокай эфектыўнасці

Праектаванне SiC MOSFET пачынаецца з размяшчэнняпласціна SiC, які з'яўляецца асновай для ўсіх характарыстык прылады. Тыповы чып MOSFET на SiC складаецца з некалькіх важных кампанентаў на сваёй паверхні, у тым ліку:

• Крыніца Pad

• Пракладка для варот

• Каўнер крыніцы Кельвіна

TheКальцо для заключэння краю(абоПрыціскное кольца) — яшчэ адна важная асаблівасць, размешчаная па перыферыі чыпа. Гэта кольца дапамагае палепшыць прабойную напругу прылады, змякчаючы канцэнтрацыю электрычнага поля на краях чыпа, тым самым прадухіляючы токі ўцечкі і павышаючы надзейнасць прылады. Як правіла, кольца для заключэння краю заснавана на...Пашырэнне завяршэння злучэння (JTE)структура, у якой выкарыстоўваецца глыбокае легіраванне для аптымізацыі размеркавання электрычнага поля і паляпшэння прабойнай напругі MOSFET.

2. Актыўныя ячэйкі: аснова камутацыйнай прадукцыйнасці

TheАктыўныя клеткіУ SiC MOSFET адказваюць за праводнасць току і пераключэнне. Гэтыя ячэйкі размешчаны паралельна, прычым колькасць ячэек непасрэдна ўплывае на агульнае супраціўленне ўключанага стану (Rds(on)) і ток кароткага замыкання прылады. Для аптымізацыі прадукцыйнасці адлегласць паміж ячэйкамі (вядомая як «крок ячэек») памяншаецца, што паляпшае агульную эфектыўнасць праводнасці.

Актыўныя ячэйкі могуць быць распрацаваны ў двух асноўных структурных формах:плоскіітраншэяструктуры. Планарная структура, хоць і больш простая і надзейная, мае абмежаванні ў прадукцыйнасці з-за адлегласці паміж ячэйкамі. Наадварот, траншэйныя структуры дазваляюць размяшчаць ячэйкі з большай шчыльнасцю, што зніжае Rds(on) і дазваляе апрацоўваць больш высокі ток. Хоць траншэйныя структуры набіраюць папулярнасць дзякуючы сваёй высокай прадукцыйнасці, планарныя структуры ўсё яшчэ прапануюць высокую ступень надзейнасці і працягваюць аптымізаваць для канкрэтных ужыванняў.

3. Структура JTE: паляпшэнне блакавання напружання

TheПашырэнне завяршэння злучэння (JTE)Структура з'яўляецца ключавой канструктыўнай асаблівасцю SiC MOSFET. JTE паляпшае здольнасць прылады блакіраваць напружанне, кантралюючы размеркаванне электрычнага поля на краях чыпа. Гэта мае вырашальнае значэнне для прадухілення заўчаснага прабою на краі, дзе часта сканцэнтраваны высокія электрычныя палі.

Эфектыўнасць JTE залежыць ад некалькіх фактараў:

• Шырыня вобласці JTE і ўзровень легаванняШырыня вобласці JTE і канцэнтрацыя прымешак вызначаюць размеркаванне электрычнага поля на краях прылады. Больш шырокая і больш легаваная вобласць JTE можа паменшыць электрычнае поле і павялічыць прабойную напругу.

• Кут і глыбіня конуса JTEКут і глыбіня конуса JTE ўплываюць на размеркаванне электрычнага поля і, у канчатковым выніку, на напружанне прабоя. Меншы кут конуса і больш глыбокая вобласць JTE дапамагаюць знізіць напружанасць электрычнага поля, тым самым паляпшаючы здольнасць прылады вытрымліваць больш высокія напружанні.

• Пасівацыя паверхніПавярхоўны пасівацыйны пласт адыгрывае жыццёва важную ролю ў зніжэнні павярхоўных токаў уцечкі і павышэнні прабойнага напружання. Добра аптымізаваны пасівацыйны пласт забяспечвае надзейную працу прылады нават пры высокіх напружаннях.

Тэрмічны кантроль — яшчэ адзін важны фактар ​​пры праектаванні JTE. SiC MOSFET здольныя працаваць пры больш высокіх тэмпературах, чым іх крэмніевыя аналагі, але празмернае нагрэў можа пагоршыць прадукцыйнасць і надзейнасць прылады. У выніку цеплавы дызайн, у тым ліку цеплааддача і мінімізацыя цеплавых нагрузак, мае вырашальнае значэнне для забеспячэння доўгатэрміновай стабільнасці прылады.

4. Страты пры пераключэнні і супраціўленне праводнасці: аптымізацыя прадукцыйнасці

У SiC MOSFET,супраціўленне праводнасці(Rds(укл.)) істраты на пераключэннез'яўляюцца двума ключавымі фактарамі, якія вызначаюць агульную эфектыўнасць. Хоць Rds(on) вызначае эфектыўнасць токаправоднасці, страты пры пераключэнні ўзнікаюць падчас пераходаў паміж уключаным і выключаным станамі, што спрыяе выпрацоўцы цяпла і стратам энергіі.

Каб аптымізаваць гэтыя параметры, неабходна ўлічваць некалькі фактараў канструкцыі:

• Крок ячэйкіКрок, або адлегласць паміж актыўнымі ячэйкамі, адыгрывае значную ролю ў вызначэнні Rds(on) і хуткасці пераключэння. Зніжэнне кроку дазваляе павялічыць шчыльнасць ячэек і знізіць супраціўленне праводнасці, але суадносіны паміж памерам кроку і надзейнасцю затвора таксама павінны быць збалансаванымі, каб пазбегнуць празмерных токаў уцечкі.

• Таўшчыня аксіду варотТаўшчыня пласта аксіду затвора ўплывае на ёмістасць затвора, што, у сваю чаргу, уплывае на хуткасць пераключэння і Rds(on). Больш тонкі пласт аксіду затвора павялічвае хуткасць пераключэння, але таксама павялічвае рызыку ўцечкі праз затвор. Таму пошук аптымальнай таўшчыні аксіду затвора мае важнае значэнне для балансавання хуткасці і надзейнасці.

• Супраціўленне засаўкіСупраціўленне матэрыялу засаўкі ўплывае як на хуткасць пераключэння, так і на агульнае супраціўленне праводнасці. Інтэгруючысупраціўленне засаўкінепасрэдна ў чып, канструкцыя модуля становіцца больш аптымізаванай, што памяншае складанасць і патэнцыйныя кропкі адмовы ў працэсе ўпакоўкі.

5. Інтэграваны супраціў затвора: спрашчэнне канструкцыі модуля

У некаторых канструкцыях SiC MOSFET,інтэграваны супраціў засаўківыкарыстоўваецца, што спрашчае праектаванне і працэс вырабу модуля. Выключаючы неабходнасць у знешніх рэзістарах затвора, гэты падыход памяншае колькасць неабходных кампанентаў, зніжае вытворчыя выдаткі і павышае надзейнасць модуля.

Уключэнне супраціву затвора непасрэдна ў чып дае некалькі пераваг:

• Спрошчаная зборка модуляІнтэграваны рэзістар затвора спрашчае працэс падключэння і зніжае рызыку збою.

• Зніжэнне выдаткаўВыключэнне знешніх кампанентаў зніжае колькасць матэрыялаў (BOM) і агульныя вытворчыя выдаткі.

• Палепшаная гнуткасць упакоўкіІнтэграцыя супраціву затвора дазваляе ствараць больш кампактныя і эфектыўныя канструкцыі модуляў, што прыводзіць да паляпшэння выкарыстання прасторы ў канчатковым корпусе.

6. Выснова: складаны працэс праектавання для перадавых прылад

Праектаванне і вытворчасць SiC MOSFET прадугледжвае складанае ўзаемадзеянне шматлікіх параметраў праектавання і вытворчых працэсаў. Ад аптымізацыі размяшчэння крышталя, канструкцыі актыўных ячэек і структур JTE да мінімізацыі супраціўлення праводнасці і страт пры пераключэнні, кожны элемент прылады павінен быць дакладна настроены для дасягнення найлепшай магчымай прадукцыйнасці.

Дзякуючы пастаяннаму ўдасканаленню тэхналогій праектавання і вытворчасці, SiC MOSFET становяцца ўсё больш эфектыўнымі, надзейнымі і эканамічна выгаднымі. Па меры росту попыту на высокапрадукцыйныя, энергаэфектыўныя прылады, SiC MOSFET гатовыя адыграць ключавую ролю ў харчаванні наступнага пакалення электрычных сістэм, ад электрамабіляў да сетак аднаўляльных крыніц энергіі і не толькі.