שם הספר בלועזית: The Role of Thyristors in Power Electronics

Thyristors הם בין המכשירים המוליכים למחצה הקריטיים ביותר באלקטרוניקה גבוהה כוח, המשמש כמתגים חזקים המסוגלים לטפל במתחים מעל 10 kV וזרמים בטווח הקילומדור. אלה ארבעה-שכבות, שלושה מכשירים של צירים נמצאים בכוננים מוטוריים, מערכות השידור HVDC, בקרה תעשייתית, ואספקה כוח גדולה של שלך תלוי ישירות על תהליך הייצור שלה, אשר הופך את הביקוש ל- סיליקון תעשייתי יותר ויותר.

ייצור של Thyristors משלב חומרים מתקדמים עם טכניקות ייצור למחצה מעודנות לאורך עשרות שנים.כל צעד, מצמיחה גבישית ועד בדיקות סופיות, חייב להתבצע עם דיוק קיצוני כדי להשיג את המאפיינים החשמליים הדרושים עבור תפוקה גבוהה, יישומים עתירי גבוה. מאמר זה בוחן את רצף הייצור המלא, מתן עומק טכני על כל שלב תוך הדגשת בקרת התהליך הקריטי הקובע איכות ואמינות.

Raw Silicon Materials: The Foundation of Device Performance

תהליך הייצור מתחיל עם סיליקון ברמה מתכתית, שהוא בערך 98% טהור.חומר זה עובר טיהור כימי באמצעות תהליך סימנס, שבו סיליקון מומר טריכרורוסילאן (SiHClreaFLT:03033030303303FLT:1), אשר הושט כדי להסיר את הזיהומים, ולאחר מכן מופחת עם מימן לייצר סיליקון אלקטרוני עם טוהר גבוה יותר 999N (99% זה יכול להיות מושלם, כי הוא לא יכול להיות נשלט בקפידה, כי הוא חיוני של תכונות אלקטרו-סגולות, כי הוא מסוגל לשנות את זה הוא חיוני של סיליקון, כי הוא חיוני של סיליקון, כי הוא חיוני של סיליקון, כי הוא לא יכול להיות נשלט בקפידה, כי הוא מסוגל לשנות את זה הוא מסוגל לשנות את זה הוא חיוני של סיליקון, 000.

סיליקון מטוהר הוא אז מומס בתוך משטח quartz crucible ונמשך לתוך משטח חד-צדדי הנעה בודדת באמצעות שיטת Czochralski. בתהליך זה, גביש זרע מוקטן לתוך סיליקון מלוטש לאט לאט לאט לסגת החוצה את החמצן הנבחר על פני השטח וקירור מבוקר גורם לאטומים לארגן את עצמם באותו כיוון גבישי כמו הזרע, לייצר מומנטום גבוה יותר מ סיליקון; עבור קירט חשמלי גבוה יותר מ סיליקון; בדרך כלל.

האינדיגוט עובר בדיקה קפדנית עבור פגמים גבישיים, אחידות התנגדות, ותוכן חמצן לפני שפורצים לתוך ויפרים. מטרות אחריות נקבעות על פי דירוג מתח המכשיר: מתח גבוה יותר שלך צריך סיליקון התנגדות גבוה יותר כדי לקיים מתחים בלוק גדול יותר ללא התמוטטות.לדוגמה, Thyristor מדורג 4 kV עשוי להשתמש סיליקון עם התנגדות של 200-400 הומ"מ, בעוד 8V יכול לדרוש kV-1.

הכנה ויציבות פני השטח

הסיליקון ingot הוא רכוב על מכונת הרזיה מדויקת מצוידת עם להב יהלום פנימי-דמטר או סלורי רב-חוט ראה. Multi-wire ראה הפך לסטנדרט התעשייה כי זה חותך מספר מתיחות בו-זמנית, צמצום אובדן קרטפר ושיפור דרךput.הההההמופרות מופרכות ל עובי בדרך כלל בין 300 ל-800 מיקרומטרים, בהתאם לדירוג ולדרישות הלחץ והלחץ המכאני יותר.

לאחר שטיפה, ה-Walfers עוברים להפחתה של הנזקים והשגת עובי אחיד. Lapping משתמשת בפיסת חלקיקים abrasive (בדרך כלל alumina או סיליקון carbide) שהושעה ב-Avidyed נושאת נוזלית, לחץ נגד משטח ה-Verferrence בעוד שתהליך זה מסיר בערך 20-50 מטר של חומר מכל צד, צמצום פני השטח ל-0.5 גרם נזקי מחוספס לאחר מכן.

(ב) ⁇ (ב) ⁇ ) ⁇ (הופנה מהדף ⁇ ) ⁇ (ה) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Doping: Creating the P-N-P-N Structure

מבנה ארבעת השכבות האופייני של Thyristor דורש שינוי של p-type ו- n-type אזורים. Doping מציג כמויות מבוקרות של אטומים בלתי-מוסריים לתוך הסיליקון כדי לשנות את מוליכות החשמל שלה.פרופיל doping הספציפי מגדיר את המתח השבר של המכשיר, תכונות תור-על, והחלפת מהירות. Thyristor doping מושג בדרך כלל באמצעות שילוב של דיפוזיה ושתלה, המציע כל אחד יתרונות שונים עבור אזורים.

Diffusion Doping

(הופנה מהדף [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[[[1924]] [[1924

Ion Implantation

השתלת Ion מציעה שליטה גבוהה על ריכוז ועומק בהשוואה ל diffusion. בתהליך זה, ions dopant מואצים לאנרגיות שבדרך כלל נעות בין 5 keV ל -400 keV ומכוונים ל- סיליקון wfer.העומק של dotra dot doconing 100 שניות לאחר מכן הוא פולט את המינון הראשי של מערכות חסימת לייזרים גבוהה כל כך.

גידול אפיטקסי: בניית שכבה על ידי שכבת

(ב) רבים מתלמידי חג המולד המודרניים, במיוחד אלה הדורשים שליטה על עובי שכבתית מדויקת, צמיחה אפיתרית מועסקת כדי להפקיד שכבות סיליקון חד-קריסטליות על פני השטח הנדפסים (SiHFal depositiony), ה-Vferferreative to 1000-1200 מעלות צלזיוס בתוך כור המכיל גזים המכילים סיליקון (SiHFLT:04LT) או diphi2Flowate)

צילום: Photolithography and Etching

ברגע שהשכבות הדונדות נוצרות, photolithography משמש כדי להגדיר את התבנית הספציפית של אלקטרודות, אזורי בידוד, ואת המבנים השער על פני השטח wfer. התהליך מתחיל עם יישום פולימר רגיש הנקרא photoresist על פני השטח על פני השטח המתפתל על ידי ציפוי.ההה הוא נפרץ על 2000-RPM כדי להשיג עובי אחיד של 1-3 מטר.

(ב) התנגדות דפוס במקום, גירוד מסיר את סיליקון ללא הגנה, תחמוצת או שכבת מתכת. Wet etching משתמשת בכימיקלים נוזליים כגון חומצה הידרופלואורטית מחוספסת או תחמוצת אשלגן עבור סיליקון etsotropic, בעוד שריד רטוב הוא cfreomives (מחדש) מכיל את ה-Cliphicligicial ReLT2, כלומר LT2 LT2 LT) ב-Five LT2, כלומר, כלומר, 000 LTR.

מספר רב של photolithography ו מחזורי גירוד מבוצעים כדי לבנות את מבנה המכשיר השלם.רצף ייצור טיפוסי של Thyristor עשוי לכלול 5 עד שמונה שכבות מסיכה עבור הגדרת הקשר, קטואדה פולטטר, אזור השער, סיום, המעבר, ופירוק מתכת.הדיוק בין שכבות צריך להיות בתוך 0.5-1.0 מיקרומטרים כדי להבטיח תפקוד תקין של המכשיר, כי את התמונה על גבי הפחתת רוחביות, במיוחד עבור תכונות שדה רגיל הוא עשוי להיות בשימוש על ידי פחות.

Oxidation and Dielectric Formation

סיליקון דו חמצני (SiOveFLT:0) שכבות משרתות פונקציות מרובות בגליקת טמפר: כמו מסכות עבור dopingive doping, כמו שכבות מעבר להגנה על פני השטח הסיליקון, וכ בידוד עבה בין אזורים מוליכים למחצה oxgomic נוזל, 000 נוזל חמצן רטובה, 000 גרם חמצן רטובה, 000 גרם חמצן רטובה, 000 גרם לדלקת חמצן רטובה, 000 גרם לדלקת הלחמה גבוהה יותר, 000.

בנוסף ל- תחמוצת תרמי, קרינת עץ כימי משמשת לפקדת דו תחמוצת סיליקון, סיליקון ניטריד (SiveFLT:03cioFLT:1NIRFLT:240330303GIRLT 3), או סיליקון סיליקון סיליקון שכבות סיליקון בטמפרטורות נמוכות יותר (400-800 מעלות צלזיוס) אלה משמשים כאשר שכבות עבות נדרשות ללא דיפולציה תרמית נוספת או סיליקון, כאשר הוא צורך בטמפרטורה מוגבלת, במיוחד, כאשר הוא צורך בטמפרטורה מוגבלת, במיוחד, כמו סגסוגת מתכתיתיתיתיתית, כמו אטומית, במיוחד, כאשר הוא צורך בטמפרטורה מוגבלת, כמו סגסוגת מתכתית, כמו סיליקון, כמו סגסוגת מתכתית, כמו סיליקון, כמו סגסוגת מוגבלת.

מטבוליזם: Forming Electrodes

Metallization יוצר את אנשי הקשר החשמליים המחברים את אזורי ה- thyristor לחבילה החיצונית.מערכת המתכת חייבת לספק מכשירים נמוכים-resistance Omic אנשי קשר p-type ו- n-type סיליקון, לעמוד בתנודות גבוהות יותר ללא אלקטרומיזציה בינונית, ודבקים היטב באפליקציות של סיליקון-אטרקדן בסיסי או סיליקון.

שיטות קידוד פיזיות כגון sputtering או אלקטרון-beam evaporation משמשים להפקיד את סרטי מתכת. Sputtering משתמשת פלזמה כדי לדפוק אטומים מחומר יעד, אשר לאחר מכן להפקיד את ה-Valfer. שיטה זו מספקת כיסוי צעד טוב מעל גביית מתכת ומאפשרת סגסוגת עם סגסוגת מבוקרת אלקטרון-bem evaporation משתמשת ב אלקטרומטרדוקסמת מתכת כדי להגדיר אלקטרו-חום כדי להגדיר את המתכת שלך הוא לעתים קרובות על גבי מתכת.

האסיפה והחבילה

לאחר כל השלבים של ייצור ברמה גבוהה הם להשלים, ה-Vuefer עובר בדיקות חשמל ברמת המוות. Probing מערכות עם מחטים tungsten מגע כל אחד למות על הוואפר, מדידת פרמטרים מרכזיים כגון ירידה מתח קדימה, חסימת מתח, שער גורם נוכחי, ודלפת הנוכחי דקים באופן משמעותי לא לפגוש מפרטים מסומנים עם דיו או נרשם במפה עבור דחף תרמי עבור הדחייה לאחר מכן, במיוחד כדי להפחית את הלחץ הדקה שלך.

ה-Walfer הוא מוצמד שבבים בודדים באמצעות להב יהלום או חיתוך לייזר.תהליך הסימון חייב להיות מבוקר בקפידה כדי למנוע שבבים של הקצוות, אשר יכול ליזום סדקים במהלך האריזה או התפעול הבאים. השבבים מופרדים באופן ויזואלי עבור איכות קצה פגמים משטח לפני שהוא טעון לתוך אריזות אחוריות.

קבצים מצורפים מתים הם צעד אריזה קריטי.עבור קבצים מצורפים, השבב ממוקם על preform של מוביל-tin, זהב-tin, או מכר כסף-tin וחום בזעם אוויר מבוקר כדי להחזיר את הממכר ללא חמצון של הטרמינלים. Active מתכת לחבוטות באמצעות סגסוגת כדור-פחמן-טינזיום מופעלת עבור מכשירי זהב כדי ליצור מפלט בין שכבת אחסון X-המתכת ישירות על ידי אחסון X-ידי מתכת-ידי צינורות אחוריים.

בקרת איכות ובדיקה

במהלך תהליך הייצור, מחסומים בקרת איכות מרובים להבטיח שרק מכשירים נפגשים מפרטים קפדניים להמשיך לשלב הבא.אמת בדיקה נכנסת ויישוב התנגדות, עובי, צפיפות פגם, ניטור תהליכים משתמש גלידות מבחן ומבנים מדידה כדי להעריך פרופילים doping, איכות תחמוצת, ומתכת עמידה על פני שטח (LG) לאחר אריזה, שלך עוברים סוללה מקיפה של בדיקות חשמל המאפיינת כל פרמטר רלוונטי ליישום ו-125 מעלות צלזיוס בדרך כלל יכול למקם את הלחץ הנוכחי:

בדיקה דינמית מעריכה את ביצועי הצומת של המחוקק (הזמן של ה-FLT:0onreaFLT:1), זמן המעבר (tcioFLT:2offture וכתוצאה מכך LT3), ושיעור קריטי של עלייה של מתח (dv/dt) נמדד בתנאים מבוקרים.

בדיקות אמינות מבוצעות על דגימות רבות מכל ערכת ייצור.רכיבה טמפרטורה בין -55 מעלות C ו-150 מעלות C עבור כמה מאות מחזורים בדיקות השלמות המכנית של החבילה וחיבור מוות. בדיקות הטיה לאחור של טמפרטורות גבוהות חלות על חסימת מתח בטמפרטורה גבוהה עבור 1000 שעות כדי לזהות בעיות יציבות. Power רכיבה על אופניים חלופית בין מצבים קבועים על מדינות וחוסמת מצבים כדי לדמות תנאים תפעוליים אמיתיים רק לאחר כל אלה הם בדיקות בקרה סטטיסטית לאורך כל תהליך איסוף נתונים.

מסקנה: הנתיב מ-Sand to Switch

הייצור של Thyristors מייצג אחד ההישגים המתוחכמות ביותר של הנדסה למחצה.מטיהור הראשוני של סיליקון ועד לבדיקות האמינות הסופיות של מכשירים ארוזים, כל שלב דורש שליטה מדויקת של חומרים, תהליכים, ומדידה.המסע מתחיל עם גירוי חול-דרטיבי סיליקון מעודן ל 9N טוהר, בצורת לתוך חד-כיבות חד-קריסטל, ופורז לתוך צינורות המשמשים את המכשיר עבור מתכת-פעמי, באמצעות מבנה הפירוק, באמצעות סגסוגת מתכת, והשגת micronp-מחץ, הוא זרם, באמצעות סגסוגת.

ככל שאלקטרוניקה כוח מתפתחת ליעילות גבוהה יותר וצפיפות כוח גדולה יותר, ייצור ה-Goristor ממשיך להתקדם.רחב-bandgap חומרים כגון סיליקון carbide מאפשרים הפעלת Thyristor בטמפרטורות מעל 300 מעלות צלזיוס ומתחים מעבר ל-15 kV. חומרים חדשים אלה דורשים הסתגלות לכל שלב בתהליך הייצור, החל מצמיחה ומימוש ועד לאדריכלות ובדיקה.