התפקיד הקריטי של אחידות דופינג ב Thyristor Breakdown ו- Performance

Thyristors נשאר בסיסי לטיפוח גבוה, כוח מתקדם החלפת יישומים, מן השידור HVDC לדחפים תעשייתיים ומערכות מערכת מערכת מערכת העיכול. בעוד מבנה ארבעת-שכבות P-N-P-N-N-N-N-N-N-N-N-P-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N מובן היטב, הביצועים המעשיים ומגבלות האמינות של מכשירים אלה נקבעים על ידי הדיוק של הבנייה הפנימית שלהם.

ביצוע אחידות ישירות משפיע על חלוקת השדה החשמלי בתוך הצומת חסימת.ריאציות קטנות בריכוז דונט יכול להוביל להמונים שדה מקומיים, התמוטטות שדה מוקדמת, ודינמיקה לא עקבית של תור-על. עבור מהנדסים או לציין משחתנים בעוצמה גבוהה, הבנה של היחסים בין מינון אחידות וביצועים היא הכרחית כדי לקבל החלטות מושכלות בין סטנדרטי, משופר, לבין מכשירים פרמיות.

מאמר זה בוחן את הפיזיקה מאחורי אחידות, את ההשפעה שלה על מאפיינים סטטיים ודינמיים, ואת טכניקות הייצור כי מפרידים את האריסטוקרטים בעלי ביצועים גבוהים מ חלופות באיכות נמוכה.

מטרות של Thyristor

Thyristor הוא מתג מוליכים למחצה דו-פעף שנבנה מארבע שכבות משנה של P-type ו- N-type סיליקון.מבנה זה יוצר שלושה צומת (J1, J2, ו-J3) בתנאים חסימת קדימה, הצומת האמצעי J2 הוא הפוך-מבידי, תומך במתח החל.המכשיר נשאר במצב חסום עד שער יוזם את תהליך ה-Revenance-aping, מתנפח למתח נמוך על פני המכשיר.

אווה-הפסקה של מכניזם

יכולת המתח חוסמת של Thyristor נקבעת על ידי התמוטטות של צומת J2. כאשר מתח הפוך גבוה מוחל על פני צומת זה, ספקים באזור depletion לצבור אנרגיה קינטית מן השדה החשמלי.אם השדה עולה על חוזק השדה הקריטי (כ 3 × 105 V / ס"מ עבור סיליקון), ספקים אלה לייצר אלקטרונים- באמצעות זוגות השפעה.

ריבוי המוביל שנוצר יוצר זרם אלנדנצ'ה שבסופו של דבר גורם לתהליך התפנית מחדש של ה-Regenerative.מנעו את זה ממתרחש מתחת למתח הבלוק בדירוג דורש שליטה זהירה של פרופיל ההנעה למזער את שיאי השדה החשמליים.

פרדוקס ביצועים מרכזיים מושפע על ידי Doping

(ב) חלק מהמפרטים של ה-[[המאה ה-20]], [[המאה ה-20]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

מינון אחידות ב Power Semiconductors

אחידות דופינג מתייחסת לההוגניות של ריכוז הדונט על פני הממדים המאוחרים של הוואפר ודרך עומק השכבות המכשיר. עבור מכשפים בעלי מתח גבוה, חומר הסיליקון מתחיל הוא בדרך כלל אזור פלואט (FZ) סיליקון עם טווח התנגדות מפורט בקפידה.ההתנגדות נקבעת על ידי ריכוז הטיהור, ותנודות בהתנגדות ישירה להתאמה ישירה לשינויים.

Axial לעומת טמפרטורות מאוחרות יותר

שני היבטים נפרדים של אחידות דופי משפיע על ביצועי המכשיר:0Lateral אחידות מדרגה 1: מתאר כמה עקבי ריכוז הדונט הוא על פני השטח של הוואפר, אשר חיוני להבטיח שכל אזור של גדול-החוק שלך מתנהג זהה:2AxiallyityFLT 3 מתאר את הפרופיל באמצעות המכשיר של הצורה החשמלית, אשר קובע את הבסיס היעיל של המסגרת של השדה החשמלי.

טכניקות אפיון

(ה) בחינת אחידות העושה דורשת טכניקות מטרופולין מתקדמות.FLT:0;0) ספינג התנגדות (SRP) ; 1 מספק מדידה של התנגדות באמצעות סעיף צלב מבולבל, המאפשר זיהוי של תנודות מינון ננומטרי (SRP):2 יחידות נוספות של קטון Mass Spectrometry (SIMS)FLT מציע רגישות אלמנטלית למדידה בפועל של פרופילים (DVal) כולל ריכוזים חשמליים).

לצורך מעקב ההפקה, (FLT:0) מיפוי נוכחי של מיפוי 1 (FLT:24 נקודות בדיקה מיפוי FLT 3: 3) מציע בדיקות לא הרסניות של אחידות התנגדות מדאיגה, בדרך כלל להשיג טוב יותר מ-5% אחידות על פני 150 מ"מ ויפר עבור חומר ברמה גבוהה.

ההשפעה של Doping אחידות על Breakdown Voltage

המתח השבר של Thyristor נקבע על ידי האינטגרלי של השדה החשמלי על פני אזור הצומת של J2. עבור צומת חד-ממדי, אחיד, חלוקת השדה החשמלי היא בערך משולש, עם שדה השיא המתרחש בצומת המתכתי ולהפחית ליניארית לאפס בקצה אזור הדהמה.

שדה התעופה בשל Non-Uniform Doping

כאשר ריכוז הדוגמנות משתנה באופן מרחבי, רוחב המחיקה ופרופיל השדה החשמלי המקומי הופכים מעוותים.באזורים שבהם ה-N-base doping הוא גבוה יותר באופן מקומי, העלייה בנפח השטח של יחידות, מה שגורם לשדה החשמלי להתכווץ במהירות רבה יותר.

ניתן לבטא את הפיזיקה של אפקט זה באמצעות משוואה של פומפסון:

(ב) ויקרא י"ד: ויקרא י"ד): "וַיְהִיא נָא נָא נָא אִם נָאֶת הוּא" (ב)

באזור עם מינון גבוה יותר נטו, המדרונות של שדה חשמלי עולה, דחוס רוחב הפעוט. כי מתח השבר תלוי באזור תחת עקומת השדה החשמלי, אזורים דחוסים אלה מגיעים לשדה הקריטי במתחים כלליים נמוכים יותר, וכתוצאה מכך התפלגות מיקרופלימית גבוהה יותר (FLT:1) לפני שהצומת הראשי מגיע למתח התיאורטי שלו.

השפעה סטטיסטית על המכשיר

עבור גדול-area thyristors המשמשים יישומים בעוצמה גבוהה, האזור הפעיל עשוי לעגל מאות מ"מ רבועים.מתח השבר של המכשיר נשלט על ידי הנקודה החלשה ביותר באזור הצומת כולו.אם אחידות מינון הוא עני, ההסתברות של נקודה חלשה הקיימת בתוך האזור הגדול עולה באופן משמעותי.זו הסיבה לכך שעקב גבוה, מכשירים גדולים יותר עמיד בפני סובלנות רבה יותר מאשר אותות קטנים יותר.

גרף אפקטים טיפוסי של פיזור מראה כי הגדלת וריאציות התנגדות מ ±5% ל ±15% יכול להוריד את המתח השבר הממוצע ב -10-15% להגדיל את הסטייה הסטנדרטית של מתח ההתמוטטות על ידי גורם של שלושה.עבור מכשיר מדורג ב 6.5 kV, זה יכול להפחית את השולי בין המתח הדירוג לבין המתח השבר מ 30% בטוח ל -10% בלתי מתקבל על הדעת.

ביצועים דינמיים של Non-Uniform Doping

בעוד מתח התמוטטות הוא הפרמטר המוכר ביותר מושפע מדיות doping, התנהגות ההחלפה הדינמית של Thyristors רגישה באותה מידה להתפלגות.

Turn-On Characteristics ו- di/dt Capability

כאשר מחוקק מופעל על ידי הדופק השער, ההתנהלות הראשונית מתחילה באזור קטן ליד השער ומופץ מאוחר יותר על פני כל אזור קאטודה.המהירות ההתפשטות של אזור פלזמה זה מושפעת מהמדיקות המאוחרות של שכבת P-base. וריאציות בבסיס ייצור אזורים של התנגדות גבוהה ונמוכת יותר להפצת הנוכחית.

אם אחידות ההשמצה היא עניה, התפשטות פלזמה הופכת לא סדירה.חלק מהתחומים פונים לפני אחרים, תוך התמקדות בעומס המלא הנוכחי לתוך אזור קטן.דחיסות הנוכחית המקומית הזו יכולה לעלות על הסף הקריטי להמיסה (כ-105 A/cm2 עבור הדופקים מיקרו-שניים), המוביל לכישלון קטסטרופלי באמצעות FLT:0hot Placerated 1LT מכשירים עם ביצועים מצוינים / 2 פעמים רבות יותר מאשר מכשירים אחרים, לעתים קרובות, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, עם ביצועים גבוהים יותר מאשר עם תכונות עיצוב נמוך יותר מאשר עם תכונות אחידות גבוהה יותר מאשר בינוניות גבוהה יותר מאשר לעתים קרובות.

התנהגות ועיבוד זמן

במהלך תהליך ה-Turn-off, יש להסיר מטען מאוחסן עודף מן השכבה N-base באמצעות Recombination. תקופת החיים של Recombination מושפעת מריכוז של dopants וכל אי-השעבוד חיים הנוכחי. באזורים עם מינון N-type מקומי, שיעור השיקום עשוי להיות שונה מאזורים עם מינון נמוך, המוביל לריאציות בזמן אחסון על פני האזור.

התנהגות לא אחידה זו הופכת קריטית בחוזים המחוברים לסדרתיים המשמשים לשסתום HVDC.אם אחד המחוקק במחרוזת מכבה מהר יותר משכניה, היא חייבת לתמוך במתח הפוך באופן לא פרופורציונלי במהלך ה-HVDC transient, שעלול לגרום לו להתעלות על הדירוג ההפוך שלו.

תגיות קשורות Superior Dopingity

השגת פרופילי ההיגוי המדים הנדרשים עבור בעלי ביצועים גבוהים דורש טכניקות ייצור ספציפיות ובקרת תהליך מחמירה.

ניוטרון Transmutation Doping (NTD)

עבור דרישות המדות הגבוהות ביותר, FLT:0 (Neutron Transmutation Doping (NTD)igtation Doping (NTD) ,T.R.1 הוא הטכניקה המועדפת עבור N-type doping ofסיליקון wfers. NTD כרוך בהפחתה של שטח פלואט גבוה עם נויטרונים תרמיים. סיליקון 30 isotopes ללכוד נויטרון כדי להפוך לסיליקון 31, אשר לאחר מכן להיות מטעה NPEs (NPEs-Torus-T) ânpeus-Tânoptus ânortus ânortus ânbtortus ânortortus ânbtoptus ân-Tân-T {tortus ân-T.

היתרון המרכזי של NTD הוא כי סגסוגת נויטרונים הוא אחיד מאוד על פני נפח wfer, ייצור התפלגות דו-פאן אחידה בהתאמה. Resistivityסובלנות של ±5% או יותר ניתן להשיג באופן שגרתי, בהשוואה ± 15-20% עבור קונבנציונאלי לעשות Czochralski (CZ) סיליקון. רוב גבוה שלךris (> kV) מיוצרים באמצעות NT15-20% עבור סיליקון.

המונחים: Epitaxial Deposition

עבור שכבת הבסיס P, השולטת במאפיינים של ה- DV / יכולת, יצרנים משתמשים ב-FLT:0epitaxial depositionFLT:1 כדי לגדל שכבה דקה, בדיוק מרופדת על בסיס NTD N-base.גדילה אפיתרית מאפשרת שליטה דיסקרטית של ריכוז דונט עם רוחבי מעבר חדים כמו nm3% שליטה אוטומטית על מערכות ניטור גז אמיתי בריכוז בכבדות אחיד.

מטרולוגיה ובקרה של תהליכים

ייצור Thyristor המודרני משלב 100% מיפוי מדאיג של התנגדות באמצעות שיטות ללא מגע של ימינו. ⁇ תהליך סטטיסטי (SPC) לעקוב אחר סטייה ממוצעת וסטנדרטית של התנגדות בכל רחבי ייצור. Wafers כי מעבר לטווח ההתנגדות מפרט נדחו לפני כניסה לשלבים יקר עיבוד עת, מניעת עיבוד מבוזבז על חומר שלא יכול לעמוד במטרות ביצועים.

היחסים בין התנגדות לסובלנות ומתח השבר של המכשיר הסופי ממודלים באמצעות כלי סימולציה של תהליכים (למשל, TCAD Sentaurus או Silco Atlas) כלים אלה מאפשרים למהנדסים להגדיר מטרות אחידות ריאליסטיות המבוססת על דירוג מתח המכשיר ואזור פעיל, להבטיח כי תהליך הייצור אינו מוגדר תחת פיקוח (סיכון של תשואה נמוכה) ולא משקף יתר (עלויות לא הכרחיות).

שקיפות מעשית למהנדסים וספקנים

עבור מהנדסים בחירת Thyristors עבור מערכות חשמל אלקטרוניים, אחידות מינון של המכשיר לעתים רחוקות צוין על גיליון הנתונים במפורש, אבל ההשפעות שלה גלויות במספר פרמטרים מרכזיים:

  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0Leakage הנוכחי יציבות:FLT:1hil מכשירים להראות זרמי דליפות נמוכים ויציבים יותר בטמפרטורות כי מספר אתרי השבר המיקרופלימי מצטמצם.
  • (FLT:0) היכולת הנוכחית: FLT:1ir היכולת לעמוד בתנאים טרנסיים יותר מקבילים קשורה ישירות אחידות של הפצת פלזמה, אשר תלויה בעקביות פרופיל הפינגוויון.
  • (FLT:0)DV / סודיות: FLT:1 doping בשכבה P-בסיס מספק יכולת DV / Dt עקבית, צמצום הסיכון של גורם כוזב מתחת לטראנסים מתח מהיר.

כאשר בוחנים את האריסטוקרטים עבור יישומים בעלי אחריות גבוהה (התרגילה, החלל, ייצוב רשת), מהנדסים צריכים לבקש תהליך בקרת תיעוד ונתוני אחידות התנגדות מהיצרן.העלות הנוספת של תת-קרקעי NTD ושכבות בסיס אפיטקסי מוצדקות על ידי השיפור המתאים בתשואות, אמינות, ורווחי בטיחות.

תחזית: Doping אחידות ב-Bandgap

אותם עקרונות של אחידות doping להרחיב את המאגדות רחבות על בסיס סיליקון carbide (SiC) SiC thyristors להבטיח מתחים חסימת גבוה יותר וטמפרטורות תפעול מאשר מכשירי סיליקון, אבל הם מציגים אתגרים ייחודיים doping. אנרגיית ההפעלה של N-type משותף (nitrogen, phosphorus) וטמפרטורות P-typeantsp (al) ב- Siam) הוא צורך סיליקון גבוה יותר מאשר סיליקון.

מינון אחיד של סיי סי סי סי סי סי סי סי סי סי סי סי סי סי סי מורכב על ידי נוכחות של פירוק מטוסים ביזל וטביעת תקלות, אשר יכול לפעול כמו נתיבי דיפוזיה מועדפים עבור dopants. קבוצות מחקר מפתחים השתלת חידוש וטכניקות אפימיסליות במיוחד שנועדו לשפר את אחידות ההשטפה במסצ'י C כוח, הכרה כי אותה פיזיקה של העמידות והתמוטטות מוקדמת חלת ללא קשר לחומרים למחצה.

הפיתוח המתמשך של התפלגות:0 (resistivity), אחיד מאוד SiC substratesph:1 יהיה חיוני למסחר גבוה rsC שלךris מסוגל להחליף מכשירי סיליקון ב HVDC וכוננים בינוניים.

מסקנה

אחידות דוטינג היא פרמטר יסוד המשפיע על כל היבט של ביצועי חג המולד, מן המתח השבר סטטי אל החוסן של מעבר דינמי.לא חד-ממדי doping יוצר שיאים שדה חשמלי מקומי אשר מורידים את המתח השבר ומציגים כתמים חמים של כשל בזמן תור-און.

טכניקות ייצור כגון Neutron Transmutation Doping ו אפילציה אפית מספקות את השליטה הדרושה כדי להשיג את הסובלנות הניתוק הנדרש עבור מכשירים מודרניים גבוהים. עבור מהנדסים ומפרטים, הבנת הקשר בין doping אחידות ואמינות המכשיר מאפשר החלטות רכישה מושכלות יותר ועיצובים מערכתיים חזקים יותר.

בעוד אלקטרוניקה כוח ממשיכה לדחוף לעבר מתחים גבוהים יותר ותדרי מעבר גבוהים יותר, הביקוש למדים משופרים של מינון יגדל רק.היצרנים שמשקיעים במטרופולין מתקדם ולשלוט בתהליך עבור אחידות מינון יהיה במיקום הטוב ביותר כדי לספק את הדור הבא של מכשירים משפטיים אמינים, בעלי ביצועים גבוהים.