半導體零（líng）件加（jiā）工廠家談談半導（dǎo）體（tǐ）零件（jiàn）

        半導體零件是一類具有超結耐壓層的重要器件，超結將PN結引入到常規“電阻型”耐壓層（céng）中，使之質變為“結型耐壓層”，這種質變突破傳統功率器件（jiàn）比導通電阻和耐壓之間的Ron,sp ∝VB2.5“矽極限”關係，使之降低到Ron,sp ∝VB1.32，甚至 Ron,sp ∝VB1.03，超結器件（jiàn）也因此（cǐ）被譽為半導體零件的“裏程碑”。從耐壓層角度回顧功率半導體零件40年發展的3個（gè）裏程碑，綜述了超結的發明、概念與機理、技術與新結構，並總結超結發展曆程與趨（qū）勢（shì）。

 

        半導體零件加工是電能轉換與控製的核心（xīn）器件，所有電子產品均（jun1）離不開半導體零件，無論是毫瓦（wǎ）級的便（biàn）攜式終端，還（hái）是兆瓦級的高鐵。現代功率半導體技術已被廣泛應（yīng）用於國民經（jīng）濟的方方麵麵，從傳統的工業電子、擴展到信息通訊、計算機、消費和汽車領域，新能源、軌道交通、電動汽車和智（zhì）能電網正成為功率半導體市場增長的強大引擎。

 

        在這些應用（yòng）中，功率MOS和以其為核心的功率集成芯片在整個（gè）功率半導體市場份額占比（bǐ）高達74%，在近（jìn）年（nián）功率單（dān）管的118億的（de）銷售中，功率MOS占比達 49%。超結的出現，使得器（qì）件比導通（tōng）電阻大幅降，被國際上（shàng）譽為“功率MOS器件（jiàn）的（de）裏程（chéng）碑”，超結的（de）優越特性也帶來了巨大的市場需求，有人預計明年市（shì）場規模將高達22億美元，半導體零（líng）件已（yǐ）被視為中國半導（dǎo）體破局的重要領域。

        半導體零件與耐壓層

 

        與低壓半（bàn）導體零件相比，半導體零件關態條件（jiàn）下需承受高電壓，具有耐壓層結構，可以看成低壓控製器（qì）件（jiàn）與（yǔ）耐壓層形成（chéng）的複合結構。如圖1所示，功率MOS器件可視為（wéi）低壓MOS漏端（duān）D與準漏端D'之間插入耐壓層的複合結構，其控製部分（fèn）工（gōng）作機理（lǐ）與低壓MOS基本相同（tóng）。半導體零件設計的關鍵之一是耐壓層的設計。

        1.功（gōng）率半導體簡化結構

 

        理（lǐ）想的耐壓層應（yīng）在（zài）關態下承受高電壓，在（zài）開態下導通大電流，並實現兩者之間的快速轉換。因此，其基本要求是高耐（nài）壓、低導通電阻和（hé）高開關速度，其優化的本質就是實現特定應用（yòng）場景下的最佳折衷。

 

        20世紀（jì）70年代發明的VDMOS，為承受高耐壓采用具有單（dān）一導電型的“電阻型”耐壓層，人們很快發現其比導通電（diàn）阻和耐壓之間存在Ron,sp ∝VB2.5極限關係，使器件功耗隨耐壓劇增。大（dà）量研究致力於如（rú）何使器件性能（néng）盡（jìn）可能接近甚至突破“矽極限”，從耐壓（yā）層演變角度，需要在保證耐壓前提下盡可能增加開態載流子濃度（dù），半導體零（líng）件呈現了不同的發展階（jiē）段。

 

        阻型耐（nài）壓層器件，器件耐壓層為具有N或P單（dān）一導電類型的低（dī）摻雜半（bàn）導體層，其特性受“矽（guī）極限”限（xiàn）製，典型結構為常規VDMOS器件；通過（guò）將PN結正向注（zhù）入特（tè）性引入到阻（zǔ）型耐壓層中，大注（zhù）入非平衡載（zǎi）流子增加開態載流子濃度，典型（xíng）結構（gòu）為IGBT；將異型摻雜引入（rù）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（fǎn）向耗盡（jìn）特性引入到耐壓層內部，實現兩區之間的電荷平衡，典型結構為本文重點闡述的超結，耐壓層（céng）從“阻型”到“結型”的轉變為（wéi）耐壓層結構的（de）一次（cì）質變。

        從上麵的論（lùn）述可以看出，耐壓層演（yǎn）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耐壓層中，從而實現（xiàn）耐壓層電阻降低（dī）。半導體零件加工廠