半導體零件加工廠家談談半導體零件

        半導體零件是一類具有超結耐壓層的重要器件，超結將PN結（jié）引入到常規“電阻型”耐壓層中，使之質變（biàn）為“結型耐（nài）壓層”，這種質（zhì）變突破傳統功率器（qì）件比導通電阻和耐壓之間（jiān）的（de）Ron,sp ∝VB2.5“矽極限（xiàn）”關係，使之降低到Ron,sp ∝VB1.32，甚至 Ron,sp ∝VB1.03，超結器件也因此（cǐ）被譽為半導體零件的“裏（lǐ）程碑”。從耐壓層角度回顧功（gōng）率半導體零件40年發展的3個裏程碑，綜述了超結的發明、概念與機理、技術與新（xīn）結構，並總結（jié）超結發展曆程與趨勢。

 

        半導體零件（jiàn）加工是電能轉換（huàn）與控製的核心器件，所（suǒ）有電子產品（pǐn）均離不開（kāi）半導體零件，無論（lùn）是毫瓦級的便攜式終端，還是兆瓦級的高（gāo）鐵。現代功率半（bàn）導體技術已被廣泛應用於國民經濟的（de）方方麵麵，從傳（chuán）統的工業電子、擴展到信息通訊、計算機、消費（fèi）和汽車領域，新（xīn）能源（yuán）、軌（guǐ）道交通、電動汽車和（hé）智（zhì）能電網正成為功率半導體（tǐ）市（shì）場增長的強大引擎。

 

        在這些應用中，功率（lǜ）MOS和以其為核（hé）心的功（gōng）率集成芯片在整個功率半（bàn）導體市場份額占比（bǐ）高達74%，在近年功率單管的118億的銷售中，功率MOS占比達 49%。超結的出現，使得（dé）器（qì）件（jiàn）比（bǐ）導通電阻大幅降（jiàng），被國際上譽為“功率MOS器件（jiàn）的裏程碑”，超結（jié）的優越特性也帶來（lái）了巨大的市場需求，有人預計（jì）明年市場規模將高達22億美元，半導體零件已被視為中國半導體破局的重要領域。

        半導體零件與耐壓層

 

        與低壓半導體零件相比（bǐ），半導體零件關態條件下需承受高電壓，具有耐壓層結構，可以（yǐ）看（kàn）成低壓控製器件（jiàn）與耐壓層形成的複合結構。如圖1所示，功率（lǜ）MOS器（qì）件可視為低壓MOS漏端D與準漏端D'之間插入耐壓層的複合（hé）結構，其控製部分工作機（jī）理與低壓MOS基本（běn）相同。半（bàn）導體（tǐ）零件設計的（de）關鍵之一是（shì）耐壓層的設計。

        1.功率半導體簡化結構

 

        理想（xiǎng）的耐壓層（céng）應在關態下承（chéng）受高電壓，在（zài）開態下導通大電流，並（bìng）實現兩者之間的快速轉換。因此，其基（jī）本要求是高（gāo）耐壓、低導通電阻和高開關（guān）速度，其優化的本質就是實（shí）現特定應用場（chǎng）景下的最佳折衷。

 

        20世紀70年代發明的VDMOS，為承受高耐壓（yā）采用（yòng）具有單一導電（diàn）型的“電阻型”耐壓層，人們很（hěn）快發現其比導通電阻和（hé）耐壓之間存在Ron,sp ∝VB2.5極（jí）限關係，使器件功（gōng）耗隨耐壓劇增。大量研究致力於如何使器件性能盡可能接近甚至突破“矽極限”，從耐壓層演變角度，需要在保證（zhèng）耐壓前提下盡可能增加開態（tài）載流子濃度，半導體零件呈（chéng）現了不同的（de）發展階段。

 

        阻型（xíng）耐壓層器件，器件耐壓層為具有N或P單一導（dǎo）電類型的低摻雜半導體層，其特（tè）性受“矽極限”限製，典型結構為常（cháng）規VDMOS器件（jiàn）；通（tōng）過將PN結正向注入特性引入到阻型耐壓層中，大注入非平衡載（zǎi）流子增加開（kāi）態載流子濃（nóng）度，典型結構為（wéi）IGBT；將異（yì）型摻雜引入到耐壓層內部形成周期性交替摻雜的耐壓層結構，其特點是將PN結反向耗盡特性引入到耐壓層內部，實現兩（liǎng）區之間的（de）電荷平衡，典型結構為（wéi）本（běn）文重點闡述的（de）超結，耐壓層從“阻（zǔ）型（xíng）”到“結型”的（de）轉變（biàn）為（wéi）耐壓（yā）層結構的一（yī）次質變。

        從上麵的論述可以看出，耐壓層演變的特點是巧妙地將PN結的正向與反向特性引入常規阻型（xíng）耐壓層中（zhōng），從而實現耐壓層電阻（zǔ）降低。半導體零件加（jiā）工（gōng）廠