Table of Contents

مقدمة: الدور الحاسم لـ " برود الطاقة " و " التجويف السطحي "

إن أجهزة توليد الطاقة الكهربائية هي لبنات أساسية في أجهزة توليد الطاقة الكهربائية الحديثة، وهي تعمل كأجهزة تصحيح، وأجهزة الاستديو المتحركة، وعناصر النادل في التطبيقات التي تتراوح بين إمدادات الطاقة الكهربائية المتحولة والحركة المحركة الآلية إلى أجهزة تحويل المركبات الكهربائية ونظم الطاقة المتجددة، وقدرتها على التصرف بكفاءة في الاتجاه الأمامي، مع إعاقة ارتفاع مستوى الوصلات العكسية تحدد مباشرة كفاءة النظام والإدارة شبه الحرارية، والموثوقية عموما.

وترمي طبقات التسرب السطحي - الأفلام التغذوية التي أودعت على سطح الموصل شبه الموصل للمسح السطحي للسيطرة على سرعة التكتل السطحي، والتقليل من تيار التسرب، وحماية الجهاز من الملوثات البيئية، وبدون التقلب الفعال، يمكن للدول السطحية والرسوم الثابتة أن تخفض بشكل كبير القدرة على الحجب، وتزيد من الخسائر في التقلبات، وتعجل آليات الفشل الناشئة مثل تقنيات الديموغرافيا الحادية.

أساسيات تصاريح المرور السطحية في باور ديودز

لماذا مهمات القفز السطحي

وفي مقلب كهربائي، تمتد الوصلة بين الوصلة بين الفول أو الشوتكي إلى سطح شبه الموصل، وفي هذا السطح المكشوف، فإن التوابل الكريستالية الدورية تنتهي بشكل مفاجئ، وتخلق كثافة عالية من السندات ووصلات الوصل بينية، وهذه العيوب تعمل كمراكز للتكديس السطحي، مما يؤدي إلى زيادة التسرب في ظل التحيز العكسي وتقلل العمر في منطقة الترسب السطحي القريبة.

وتؤدي طبقة التمرين وظائف متعددة:

  • Reduces interface state density] by saturating dangling bonds (e.g., through hydrogenation or oxide formation).
  • Providees a stable, low —recombination surface] to preserve minority —carrier lifetime in bipolar devices.
  • يحجب دخول الرطوبة والأيون والغازات التفاعلية التي يمكن أن تفسد الاتصالات المعدنية أو تحط من شبه الموصل.
  • Supplies a fixed charge] that can be engineered to invert or accumulate the surface, thereby controlling the electric field distribution near the junction termination.

آليات التفاعل بين الأخصائيين الفييتريين - الشبهي

وتشمل البارامترات الكهربائية الرئيسية لطبقة التبريد، قوتها الغذائية الثابتة، وحجمها الميداني، وكثافة الشحنات الثابتة، وكثافة الشراك، وبالنسبة لجهاز توليد الطاقة في السيليكونية النموذجي، فإن ثاني أكسيد السيليكون (SiO2) ينمو حرارياً أو يُودع بواسطة الترسب الكيميائي للبخار (CVD) يشكلاناقة العالية الجودة مع كثافة ثابتة منخفضة من الولايات (~10 cm-2 eV).

وفي موصلات شبه متحركة واسعة النطاق مثل قنبل السيليكون ونيتريد الغاليوم، فإن عدم وجود أكسيد ثابت يجعل من التسرب السطحي أكثر صعوبة، كما أن طبقات الديليكتري مثل أكسيد الألمنيوم (Al2O3)، أو ثاني أكسيد السليكون المودع من جراء الترسيب على طبقة ذرية، أو التداخل بينات الدي في المدى البعيد.

الأثر على الأداء الكهربائي

Leakage Current and Blocking Voltage

ويحدث التسرب السطحي أكثر الآثار مباشرة في التسرب العكسي، إذ يخفض السطح المتجاوز جيداً التوليد الذي يسهم به فخ الوصلات البينية، مثلاً في حمى السليكون الكهربية العالية، يمكن تخفيض تيارات التسرب بأكثر من ترتيب حجم بعد أن يُحدّد إلى أقصى حد سميك طبقة التسرّب والشحن الثابت، وهذا التحسن حاسم بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب طاقة احتياطية منخفضة، مثل نظام السيارات.

كما أن التسرب السطحي يؤثر على التحلل، حيث تلتقي منطقة الإنهاء الزجرية في الميدان الكهربائي الذي يتسع لفتحات سطحية يمكن أن يقلل من تعطله عن الحد النظري، ويمكن أن تستنفد طبقات التبريد ذات الشحنة الثابتة المناسبة )مثل الشحنة، الوجبة الثابتة الإيجابية في سيو2( المنطقة السطحية، مما يؤدي إلى انتشار ميدان الإنهاء الكهربائي بشكل موحد بقدر أكبر ويمك ِّن من سدا أعلى.

الخسائر العكسية والتبديل

وفي تطبيقات التبريد السريع، يشكل سلوك استعادة القدرة العكسي مصدرا رئيسيا لفقدان الطاقة، إذ إن رسوم الاسترداد العكسية (الفقر) وطولها الحالي (الآير) تتأثر بحياة أقلية من حاملي السيارات في المنطقة العائمة وقرب السطح، ويمكن أن تزيد بالفعل طبقة التسرب التي تقلل من إعادة التكتل السطحي، مما يؤدي إلى ارتفاع معدل الاسترداد.

وبالنسبة لأجهزة الحاجز الشوتكي، يؤثر التقلب السطحي تأثيرا مباشرا على طول الحاجز ومقاومة السلسلة، ويمكن أن يؤدي سوء التمرين إلى تصعيد الرؤوس على مستوى سطح البحر وسلوك غير إيدي، وزيادة الانقطاع عن الفول إلى الأمام، والحد من الكفاءة، وفي البولي ديسي سي بي دي، فإن مزيجا من أكسيد السائل الحراري، والارتقاء بالأوكسيد اللاحق في الأوكسيد الني.

القوات الأمامية والمقاومة على مستوى الدولة

وفي حين أن الانحراف يؤثر أساسا على السطح، فإنه يمكن أن يؤثر أيضا على المقاومة على الدولتين في الأجهزة العمودية من خلال الحشد الحالي بالقرب من الحافة، وقد تؤدي طبقة التفريغ المصممة بطريقة سيئة إلى إيجاد مسار عالٍ من المقاومة عند الحافة، مما يرغم التيار على التدفق عبر منطقة أضيق ويزيد من الفول إلى الأمام، وبالإضافة إلى ذلك، إذا كانت طبقة التبريد تؤدي إلى ضغط مفرط في الضغط الإجهاد الناجم عن حركة المركبات شبه المتحركية، فإن ذلك قد يؤدي إلى حدوث تغير طفيف.

التأثير على طول المدة ومدى القابلية للتحمل والثقة

تدهور البيئة

وكثيرا ما تتعرض أجهزة توليد الطاقة لبيئة قاسية: الرطوبة العالية، وارتفاع درجة الحرارة، والغازات التآكل، والإشعاع المؤين، وبدون تسرّب قوي، يمكن للرطوبة أن تخترق سطح شبه الموصل، مما يتسبب في التآكل الكهروكيميائي في الاتصالات المعدنية، ويزيد من التسرّب في الوقت المناسب، ويستخدم النيتروجين على نطاق واسع كحاجز للسيكات العالية بسبب سعة الكولوزن.

عدم القدرة على التمهيد في بياس

وفي ظل التحيز العكسي المطول عند درجات الحرارة المرتفعة، يمكن للرسوم أن تهاجر داخل طبقة التبريد أو أن تحاصر عند الواجهة، وأن تحول العتبة إلى تركيبات ذات تأثيرات ميدانية، وأن تغير خصائص التحلل في القلب، وأن عدم الاستقرار في درجة الحرارة هذا هو نمط معروف من الفشل في أجهزة توليد الطاقة، وقد أظهرت الدراسات أن كثافة الكم الثابت في سيو2 يمكن أن تزيد تحت ضغط سلبي، بينما يمكن أن تؤدي رسوم الإنتاج إلى إزالة الطاقة المائية.

الوقت - الانفصال عن الديليكتري

وتخضع مادة الديكليات الممددة للتحلل تحت حقول كهربائية عالية، ويمكن أن يؤدي الانهيار الديكلي المعتمد على الزمن في طبقة التقلب إلى فشل كارثي إذا ما برزت التمزقات التغذوية وتتيح للسيارات التدفق عبر الإنهاء الزجري، وتتوقف مدة الانتقال على قوة التحلل الحاد وسمكه وثديته الكهربية.

مواد التصاريح وتجارة المواد

سيليكون ديوكسيد (SiO2)

وتعطي هذه المادة التي تنمو حرارياً في السيليكون أدنى كثافة في الدولة (Dit] - 1010 cm -2 eV - 1) من بين جميع المقاييس الغذائية، مما يجعلها المعيار الذهبي لإنهاء الزناد ومقاييس البوابات في أجهزة توليد الطاقة، غير أن تطبيقاتها المنخفضة نسبياً من حيث الديكليات (3-9).

سيليكون نيتريد (Si3N4)

ويوفّر نيتال السيليكون الذي أودعته دائرة حماية البيئة أو مركز البحوث الاجتماعية، حاجزاً كثيفاً ضد الرطوبة والأيونية الكليلية، مع وجود ثابت في الديكلتري حول 7، كما أن ارتفاع القدرة على الرخصة يتيح طبقة أرق لنفس الأسر، وهو أمر يعود بالفائدة على الهياكل المبلدة في الميدان، والانتكاسب الرئيسي هو وجودة أعلى في الدولة عند إيداعها مباشرة على السيليكون؛ وأكسيد ذو الجودة المشتركة(2).

أكسيد الألومنيوم (ألف-2O3)

وقد اكتسبت شركة ألومينا (Al2O3) التي أودعتها الرابطة الدولية للأخشاب الذهنية في كل من السليكون والأجهزة الواسعة النطاق النطاق النطاق، وهي توفر باستمرارية في التكاثر، وميدان انهيار عالي ( ⁇ 8 MV/cm)، وشحنة ثابتة متوسطة مفيدة في مجال التفريغ السطحي من نوع بيولوجي (مثلا في هياكل بوابة الشبكة العالمية)، وفي حالة أجهزة إعادة تحديد درجات الحرارة، يمكن أن تؤدي إلى تحسين عملية إعادة التوحيد القياسي لمستوى القدرة على التحلل.

الديليكتريات المتعددة

وتستخدم البوليميد والبوليمرات العضوية الأخرى كطبقات توترية ومعاطف للتبريد النهائي، وهي توفر المرونة والإجهاد المنخفض وسهولة التجهيز، غير أن قدرتها على التطهير وتدني قوة الانهيار تحد من استخدامها في أجهزة منخفضة الفولط أو كطبقات حماية ثانوية، وفي بعض وحدات الطاقة، تعمل البوليمرات كتغطية إجهادية تصيب الميكانيكي الرئيسي.

تقنيات التصاريح المتقدمة

Deposition (ALD)

كما أن الرابطة تتيح ترسيب مقاييس الديليكتين الخالية من الثقوب مع مراقبة دقيقة للسمك، كما يمكن للرابطة الدولية للأخشاب المدارية (ALD Al2O3) أو ALD SiO2 أن تقلل من كثافة الوصلات البينية بواسطة نظام من الحجم مقارنة بالأفلام التقليدية للبيوت التي تُعدُّها شركة PPECVD.

تصاريح ميدانية وتمديدات إنهاء الخدمة

The passivation layer not only protects the surface but also serves as — the dielectric in fieldplate structures that spread the electric field. In high-voltage power diodes, a metal field plate overlapping the junction termination region, with a carefully designed shaped dielectric (e.g., tapered oxide or multiple dielectric steps), can increase the breakdown constant epltage by 20–30%.

تصاريح متعددة الألياف

ولا يلبي نظام الديكل الوحيد جميع المتطلبات في آن واحد، ولذلك فإن أجهزة توليد الطاقة الحديثة تستخدم في كثير من الأحيان كومة من طبقة أو أكثر، ومجموعات مشتركة هي مادة سيو-2 الحرارية (لنوعية الوصل) + PECVD Si3N4 (عائق الحركة) + البوليميد (الإغاثة من الإجهاد) وكل طبقة تؤدي دوراً تكميلياً، ويجب أن تكون الوصلات بين الطبقات نظيفة ومجانية من التنظيفات؛

التحديات في إحياء ديود السلطة الحديثة

موصلات سائلة واسعة النطاق

(ب) إن ظهور أجهزة توليد الطاقة الكهربائية من طراز SiC وGN قد كشف عن القيود التي يفرضها التسرب التقليدي من طراز SiO2، وفي شركة SiC، فإن الواجهة الحرارية للأوكسيدية تحتوي على مجموعات من الكربون المتبقية وكمية أعلى من الشراك (D) [FLPEC:1]] - 1012 cm -2 eV-1) مقارنةً بحجم الوصل الأمثل

عملية البيئة العالية التأقلم والهش

ويجب أن تعمل أجهزة توليد الطاقة الكهربائية الصناعية والسيوية في درجات حرارة الزلازل التي تتجاوز 175 درجة مئوية، وفي بعض أجهزة سي سي سي سي سيك تصل إلى 300 درجة مئوية. ويمكن أن تتحلل المقاييس الغذائية التقليدية لبيوت الكربون في المحيط الحيوي في ظل هذه الظروف بسبب تطور الهيدروجين أو الاسترخاء الهيكلي.() وقد تكون المقاييس الغذائية العالية الحرارة - المستقرة مثل ALD Al2O3 أو LPCVD SiO2 مفضلة، ولكنها تتطلب في كثير من درجات الحرارة

الزينة والكثافة الوطيدة

ومع زيادة عدد مسامير الشفرات (200 مم و300 مم للسيلكون، و150 مم و200 مم قريباً للسي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي، فإن تحقيق سميكة التمرينات والتكوين الموحدين عبر جميع الأنواع يصبح أمراً صعباً، ويمكن أن تؤدي آثار الازدحام، والظل في دائرة الدي في دي بي في دي، والتدفق غير الرسمي إلى إحداث تغييرات محلية تتدهور.

الاتجاهات المستقبلية

مواد الديكلتري

وتجري حاليا بحوث في مجال المقاييس الغذائية العالية الجودة مثل أكسيد الهافنيوم (HfO2) أو أكسيد الزركونيوم (ZrO2) بدافع احتمال حصولها على قدر أكبر من الرخصة (القدر 20-25) والتوافق مع الترسبات الذروية، غير أن نوعية الوصل بين هذه المواد لا تزال أدنى من الماركات الفوقية الفلورية (H2O3).

In —Situ Passivation and Interface Engineering

To achieve the lowest possible interface pie density, future processes may integrate surface clean, oxidation, and dielectric deposition in a single vacuum tool (in-situ processing). This approach eliminates air exposure that can lead to interfacial contamination. For SiC, in-situ deposition of a little Si interface passivation layer (silicon interlayer) before oxide growth has shown promising results in reducing D[Fit]

التعلم من الآلات من أجل العملية

ويجري بصورة متزايدة استكشاف الحيز الهائل للمبارامترات في الترسيب الديولوجي (الالتدبير، الضغط، تدفقات الغاز، قوة البلازما، ظروف الحرق) باستخدام نماذج للتعلم الآلي التي تنبئ بخواص الأفلام من ظروف المركبات العضوية السليفة، ويمكن لهذه النماذج أن تعجل بوضع أكوام للتخليص مصممة خصيصا لطبقات محددة من الفولطية وبيئات التشغيل.

خاتمة

إن طبقات التمرين السطحي هي أكثر بكثير من المعاطف الواقية النهائية؛ وهي جزء لا يتجزأ من الأداء الكهربائي والموثوقية الطويلة الأجل لأدوية الطاقة، وبخفض العيوب البينية، ومراقبة الحقول الكهربائية، وحماية الجهاز من الإجهاد البيئي، وتحديد التيارات المتسربة مباشرة، والتحلل، وتغيير الخسائر، والعمر، واختيار المواد من الواجهة شبه الميكانيكية الكلاسيكية، ودرجة حرارة السيلي/٤ إلى الجيل الجديد

For further reading on the science of dielectric‐semiconductor interfaces, see the comprehensive review by J. M. H. Swart et al. on SiC passivation, and the work of ]K. W. Ang et al. on ALD dielectrics