Giriş: Güç Diodes ve Yüzey Geçişinin Eleştirel Rolü

Power diyotlar, modern güç elektroniklerinde temel bina bloklarıdır, yüksek geri yüklemeler, ücretsiz indüktör diyotlar ve genel güvenilirlikleri, geçişli güç tedariklerinin ve motor sürücülerinin elektrik araç dönüştürücüleri ve yenilenebilir enerji sistemleri tarafından tanımlanma yeteneği, yüksek geri dönüş gerilimleri doğrudan sistem verimliliğini, termal yönetimi ve genel güvenilirliğini belirlerken, yüksek gerilimleri engelleme yeteneği.

Yüzey geçiş tabakaları - dielektrik filmleri diyotun yarı iletken yüzeyinde depolanır - zaman bağımlı dielektrik arıza ve sıcak kobinasyon hızına sahip olmak için mühendislere verilir ve cihazı çevresel kirleticilerden korumayı sağlar. Etkili bir şekilde kesintiye uğramadan, yüzey durumlarını ve sabit suçlamaların kesintiye uğramasını, geçiş kapasitesini dramatik bir şekilde azaltabilir ve yarı iletken teknolojinin sınırlarını genişletmeye söz verir.

Güç Diodes'da Yüzey Geçmelerinin Temelleri

Yüzey Geçiş Nedenleri

Bir güç diyotunda, p-n eklem veya Schottky arayüzü yarı iletken yüzeye uzanır. Bu maruz yüzeyde, periyodik kristal lattice ani aniden sona erer, yüksek miktarda baraj ve arayüz devletler yaratır.Bu kusurların kuşak-rekombinasyon merkezleri olarak hareket eder, yakın zamanda taşıyıcı ömrünü azaltır ve yakın zamanda nemlerin sefilliğine karşı azalır.

Bir geçiş katmanı birden çok işleve hizmet eder:

  • [[Düzg:0)Reduces arabirim devlet yoğunluğu[Dönetici: 1 ), sürating dangling tahvilleri (örneğin, hidrojen veya oksit formasyonu aracılığıyla).
  • [0]Ortaklık, düşük hacimli bir yüzey[Dönetici:0) Çifteleştirilmiş cihazlarda azınlık-karrier ömürlerini korumak için.
  • [FONT:0]Nemye ait olan ve reaktif gazlar , metal temaslarını veya yarı iletkenliği ortadan kaldırabilecektir.
  • [FONT:0) Sabit bir şarj[Dönetici: 1 ), yüzeyde inşaat veya yüzeysel bir şekilde, böylece elektrik alan dağıtımını da kesişim yakınında kontrol edebilir.

Dielektrik-Semiconductor Interaction

Bir geçiş katmanının temel elektrik parametreleri, düşük maliyetli, sabit şarj yoğunluğu ve arayüz tuzağı yoğunluğu içerir. Tipik bir silikon gücü diyot, silikon dioksit (SiO2) ve yüksek dereceden bariyer özellikleri ile kimyasal buhar (CVD) düşük bir büyüme hızı ile yüksek kaliteli bir arayüz oluşturur (~10 cm-2 eV-1).

Geniş bantgap yarı iletkenleri silikon lüt (SiC) ve galium nitride (GaN), istikrarlı bir yerli oksit yokluğu yüzeyin daha zorlu olmasını sağlar. alüminyum oksit (Al2O3), silikon dioksit atom tabaka depozisyonu tarafından depolanır veya yığınlama (ALD), veya yığınlamalar ve yüksek alan gücü verirken sabit yükleri en aza indirmek için kullanılır.

Elektrik Performansı Üzerine Etkisi

Leakage Current ve Blocking Ger

Yüzey geçişinin en doğrudan etkisi, geri dönüşüm tabakası kalınlığını optimize ettikten sonra, yüksek gerilimli silikon PiN diyotları, sızıntı akımları, geçiş katmanı kalınlığını optimize ettikten sonra daha fazla azaltılabilir ve sabit şarj işlemi için kritiktir. Bu gelişme, otomotiv veya batarya yönetim sistemlerinde olduğu gibi düşük standby gücü gerektiren uygulamalar için kritiktir.

Yüzey geçişi aynı zamanda bozulma gerilimi etkiler.Kömürt sonu bölgesi – p-n kavşakı yüzeyi bir araya getirir – saha plakaları veya eklem uzantıları gibi daha yüksek bir gerilime yol açan elektrik alanı kalabalıklama. Pasif tabakaları uygun sabit yüklere (S.g., SiO2) göre pozitif sabit yüklenebilir.

Gerileme ve Değiştirilmesi

Hızlıca meditasyon uygulamaları, bir güç diyotunun geri dönüşü, enerji kaybının önemli bir kaynağıdır. geri dönüş kurtarma şarjı (Qrr) ve mevcut geri dönüş (Irr), azınlık-karrier ömürlerinin sürüklenme bölgesinde ve yüzeydeki bir geçişin yakınında bulunur.

Schottky bariyer diyotları (SBDs), yüzey geçişleri doğrudan nitrik oksitdeki bariyer yüksekliği ve seri direnişini etkiler. Kötü geçiş, arayüz tuzaklarını azaltmak ve idealliği artırmak için bilinir.

İleri gerilim ve On-State Direniş

Geçiş öncelikle yüzeyi etkilerken, dar bir bölge ile akışa (Ron) aşırı sıkıştırıcı strese yol açabilir. Kötü tasarlanmış bir geçiş katmanı, düşük stres ve üniformalı bir yol oluşturabilir ve bu parasitik etkilerden kaçınmak için.

Uzun Süreli Stability ve Reliability-

Çevre Degradasyon

Power diyotlar genellikle sert ortamlara maruz kalıyor: yüksek nem, sıcaklık bisikleti, koreal gazlar ve iyonize radyasyon. Sağlam geçiş olmadan, yarı iletken yüzeye nüfuz edebilir, metal kontaklarının elektrokimyasal korozyonuna ve zaman içinde sızıntı akımlarına neden olur. Silikon nitrit yoğun, deliksiz bir yapı nedeniyle yaygın olarak kullanılır.

Bias Sıcaklık Instability (BTI)

Yüksek sıcaklıklarda uzun süreli terslik altında, suçlamaların geçiş katmanında veya arayüzde kapanmış olabilir, saha-sonrası yapıların eş gerilimini değiştirir ve diyotun bozulmasının özelliklerini değiştirebilir.Bu önyargılı sıcaklık istikrarsızlığı (BTI), hidrojenle ilgili tuzakların en aza indirmek için kullanılır.

ZamanDependent Dielektrik Breakdown (TDDB)

Geçiş dielektrik kendisi yüksek elektrik alanları altında tükenme konusuna bağlıdır. Geçişin bağlı dielektrik bozulması (TDDB) Yüksek gerilim SiC ve GaN diyotları için, geçiş sırasındaki elektrik alanı 3 MV /cm'i aşabilir ve yüksek kaliteli ve düşük arabirimli dielektrikler için geçerliliğe bağlıdır. ALDdepositik güç, kalınlık ve defekiz yoğunluğu nedeniyle.

Pastırma malzemeleri ve onların ticaret-offları

Silikon Dioksit (SiO2)

Sıcaklıklı olarak SiO2 silikondaki en düşük arayüz devlet yoğunluğu (D) veya nemse karşı makul miktardaki (düşük) ile yüksek gerilim uygulamaları arasında, kalın oksit tabakaları, stabilite ve kapı dielektrikleri için standart hale getirmek için gereklidir. ancak, nispeten düşük dielektrik sabit (3.9) ve ne kadar yüksek nem ve sodyum iyonlara karşı ılımlı bariyer özelliklerine karşı sınırlamalardır.

Silikon Nilü (Si3N4)

Silikon nitrit PECVD veya LPCVD tarafından depolanan, doğrudan silikona karşı yoğun bir bariyer sunar; ince bir interfacial oksit (SiO2) genellikle iyi geçiş kalitesi sağlar. Si3N4 aynı kapasiteye sahiptir, bu da arsa ve dengesizliğe neden olabilir.

Alüminyum Oksit (Al2O3)

Alumina (Al2O3), ALD tarafından yapılan bir aydınlatma, hem silikon hem de geniş bantlı cihazlarda trafiğe sahip oldu.Bu, yüksek bir kesinti alanı (>8 MV/cm) ve yüksek çözünürlükte, p-tip yüzey geçişi için faydalı olan orta negatif sabit bir yük sağlar (örneğin, p-GaN kapı yapıları).

Polimer Dielektrikler

Polyimide ve diğer organik polimerler stres-buffer tabakaları ve son geçiş kaplamaları olarak kullanılırlar. Onlar, yüksek stres ve işleme kolaylığı sağlar. Bununla birlikte, permeability to ne kadar düşük gerilim cihazları veya ikincil koruyucu tabakalar için kullanımlarını sınırlandırır. Bazı güç modüllerinde, polimerler birincil organik olmayan geçişler üzerinde çalışır.

Gelişmiş Geçiş Teknikleri

Atom Katmanı Deposition (ALD)

ALD ultra-thin'in çöküşünü sağlar, betonsuz dielektrikler için hassas kalınlık kontrolü sağlar. SiC ve GaN gücü diyotları için, ALD Al2O3 veya ALD SiO2, geleneksel PECVD filmlerine kıyasla arayüz tuzak yoğunluğunu azaltabilir.Depresyon gazı oluşturmak için eklenme (H2) daha fazla geçiş bağlarını dangling bağlar.

Alan Plakları ve Junction TORN Extensions (JTEs)

Geçiş katmanı sadece yüzeyi korumaz, ancak aynı zamanda elektrik alanını yayılan metal yapılarda da elektrik alanı yayılabilir. yüksek gerilimli güç diyotları, metal alan plakası, kavim sonu bölgesini genişletir, dikkatlice tasarlanmış bir dielektrikle (örneğin, kasetli oksit veya birden fazla dielektrik adımları)

MultiLayer Passivation Stacks

Tek bir dielektrik aynı anda tüm gereklilikleri karşılar. Bu nedenle, modern güç diyotları genellikle iki veya daha fazla tabakanın bir yığınını kullanır. Ortak bir yığın ısı SiO2 ( arayüz kalitesi için) + PECVD Si3N4 (moisture bariyer) + poliimide (stavunma)

Modern Power Diode'daki meydan okumalar

WideBandgap yarı iletkenleri

SiC ve GaN güç diyotlarının ortaya çıkışı, geleneksel SiO2 tabanlı geçişin sınırlamalarını açığa çıkardı. SiC'de, termal oksit arayüzü, D[D[D[D[D] ile daha iyi bir arayüze sahip olan (D[D[D) ve eksiltme gücü diyotları (ETHF-2 eV-1), iki boyutlu devre dışı bırakma süresine kıyasla iki katına çıkar.

Yüksek Orta Çağ ve Harsh Çevre Operasyonları

Otomotiv ve endüstriyel güç diyotları 175°C'yi aşan kavim sıcaklıklarında çalışmalıdır ve bazı SiC cihazlarda 300 °C'ye kadar tercih edilir, ancak genellikle hidrojen evrimi veya yapısal sağlık nedeniyle bu tür koşullar altında bozulabilir.

Üniforma ve Defect

wafer çapındaki artış (200 mm ve 300 mm silikon için, 150 mm ve yakında 200 mm SiC için), tüm wafer boyunca üniforma ve kompozisyon elde etmek zorlaşır. Edge etkiler, PECVD'de gölgeleme ve yüksek olmayan gaz akışı, standart olmayan hava durumu, standart olmayan hava durumu ile ilgili yerel değişiklikler oluşturabilir. Gelişmiş duş tasarımlar ve ALD süreçleri üniformayı geliştirir, ancak maliyet artışı sağlar.

Future Yol Tarifi

Roman Dielektrik Malzemeler

Yüksek yeraltı susakları gibi yüksek yeraltı suları (HfO2) veya zirkonyum oksit (ZrO2) devam ediyor, daha yüksek izin verme potansiyeliyle motive ediliyor ( ⁇ 20–25) ve atom tabakasının optimizasyonu ile uyumluluk. Ancak, SiC ve GaN'de kalitesi hala Al2O3. Ferroelektrik dielektrik (e.g. HfZrO) aynı zamanda tonable yüzey şarj etkileri için de araştırılıyor.

In-Situ Passivation and Interface Engineering

En düşük olası arayüz tuzağına ulaşmak için, gelecekteki süreçler yüzey temizliğini, oxidasyon ve tek bir vakum aracında (in-situ işleme) umut verici sonuçlar göstermiştir.)

Süreç Optimizasyonu için Makine Öğrenmesi

Dielektriksel ayrışmadaki muazzam parametre alanı (sıcak, baskı, gaz akışları, plazma gücü, ek koşullar) giderek daha önce film özelliklerini öncü organik bileşik koşullarda tahmin eden makine öğrenme modelleri kullanılarak araştırılıyor.Böyle modeller, belirli gerilim sınıflarına ve işletim ortamlara uygun geçiş yığınlarının gelişimini hızlandırabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüzey geçiş tabakaları son koruyucu kaplamadan çok daha fazlasıdır; elektrik performansı ve uzun vadeli güç diyotlarının güvenilirliği.ALD dielektriklerini azaltmak, elektrik alanları kontrol etmek ve cihazı çevresel stresörlere karşı korumayı doğrudan kontrol etmek, kesintiye uğratmayı, elektriksel kayıpları ve yaşam boyu zorlamak. - SiO2 ve Si3N4'ten başlayarak ALD dielektrikleri ve çok yüksek performanslı binaları ve çok daha yüksek çalışma proseslerini başlatmak için, daha iyi hale getirmek için sürekli olarak devam edecektir.

SiC'nin devri ve çalışması hakkında daha fazla okuma için, [Döneticileri için ALD dielektrikleri ile ilgili ayrıntılı incelemeyi bakınız:0)Seks'in (Döneticileri) [Döneticileri için) [Döneticileri:) ve [Döneticileri) [Döneticileri için elektrik cihazları için (Döneticileri) [Dönetmelik ve/veya yüksek çözünürlükte) [Döneticileri [Dönlendirmeler) [Döneticileri için) [Döneticileri için) [Döneticileri ve/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veyaler)