ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Приборы и технология на основе непланарного кремния из "Новые материалы " В Московском институте стали и сплавов проводятся НИР по напраатению Непланарная силовая электроника . Это направление включает в себя разработку теоретических и технологических основ создания дискретных полупроводниковых приборов нового поколения, которые создаются на основе непланарных подложек — профилированных монокристаллов кремния. [c.157] Известно, что значительную часть в общем выпуске полупроводниковой продукции составляют дискретные приборы (диоды, транзисторы, тиристоры) для нужд силовой промыхпленной электроники и мощной преобразовательной техники. [c.157] По различным оценкам, для изготовления силовых полупроводниковых приборов (СПП) ежегодно расходуется от 8 до 10 % всего производимого в мире монокристаллического кремния [45]. [c.157] Рынок потребления силовых электронных устройств постоянно расширяется, т.к. постоянно растет общий объем мирового потребления электроэнергии, промышленной продукции и сырья, идет постоянное усложнение технологических процессов на производстве, ужесточаются требования к экологии. [c.157] Для каждой области применения имеются соответствующие типы приборов. Диапазон основных параметров современных СПП составляет 100... 1000 В по блокируемому напряжению, рабочий ток - от единицы до 5 10 А, время переключения - от сотен микросекунд до десятков пикосекунд и т.д. [45]. [c.158] Развитие конструкций силовых полупроводниковых приборов идет в основном по пути увеличения рабочего тока и напряжения в соответствующих диапазонах частот. [c.158] Традиционно основным элементом в конструкции СПП является плоская пластина из монокристаллического кремния, на которой формируется та или иная полупроводниковая структура. [c.158] Простейшая структура состоит из двух слоев ri -n, р -р — высоколегированной подложки и рабочего слоя, в котором образуется ОПЗ. Такая структура применяется для изготовления выпрямительных диодов Шот-тки или слоев типа р-п, полученных методом диффузии или эпитаксии. [c.158] Известно, что важнейшей проблемой при конструировании силовых полупроводниковых приборов с плоскими планарно-эпитаксиальными р-п-переходами является полное исключение поверхностного пробоя при приложении обратного напряжения [46-48]. Это связано с тем, что силовые, например, кремниевые полупроводниковые приборы рассчитаны на рабочие напряжения f/ gp (200...5000 В) и могут пропускать рабочий ток /j,p (10...2000 А) с р-п-переходами, изготовленными из высокоомного кремния с удельным сопротивлением р (7...600 Ом см) с рабочей площадью (0,3... 1000 см ). [c.158] В полупроводниковой электронике существует несколько способов снижения величины напряженности электрического поля на поверхности созданием охранных р-л-переходов [49, 50] (рис. 2.15, а) формированием охранных колец профилированием /7-л-переходов с помощью прямой (обратной) фаски (рис. 2.15, б), при этом прямой фаской принято называть скос поверхности, при котором уменьшается объем сильно легированной области р -п-(уит п -р-) перехода. [c.159] Для диодных, транзисторных, тиристорных полупроводниковых структур, а также в зависимости от технологии их изготовления, вышеперечисленные поверхностные параметры будут иметь уже другие значения, рассчитанные по другим формулам, которые представлены в виде графического решения (рис. 2.18, 2.19, 2.20). [c.161] Такой разброс поверхностных полупроводниковых структур для силовых приборов не позволяет разрабатывать более высокие технологии их производства, с целью сушественного повышения характеристик полупроводниковых структур с плоскими (планарными) / - -переходами и металлическими контактами к ним. [c.161] Электрофизические недостатки присущи и кремниевым четырехслойным силовым структурам / -и-/ -и-типа, представленным на рис. 2.21. [c.163] Для создания силовых кремниевых полупроводниковых приборо были предложены типы структур с двумя или тремя фасками, в которых, тем не менее, не исключается проявление краевого эффекта из-з наличия поверхностного заряда с повышенной поверхностной плотностью у краев плоских металлических контактов. [c.163] Более приемлемой конструкцией является кремниевая структура имеющая форму электрода Роговского [52] (рис. 2.22), в которой распределение напряженности электрического поля и его эквипотенциальных линий имеют более однородную природу, что позволяет использовать такие структуры при обратных напряжениях в пределах 4...7 кВ бе скошенных боковых поверхностей / -и-переходов. [c.163] Полупроводниковые структуры, соответствующие этим уравнениям, являются плоскими, так как не учитывают распределения зарядов по оси z, и сами металлические контакты также являются плоскими (см. рис. 2.22, а). [c.164] Такую картину можно представить графически (см. рис. 2.24). [c.165] ЭТОМ случае боковые поверхности полупроводниковой структуры не должны быть скошены под острыми углами прямой (aj) и обратной ( 2) фасок, так как поверхность 2-го порядка сама обеспечивает профилирование / +-и-и+-структур под пространственными углами и обеспечивает эквипотенциальное распределение потенциала в пространстве. [c.166] Эта разность потенциалов создается в приповерхностном слое полупроводника, в результате возникает барьер Шоттки высотой ф -ф = фд. В реальных структурах металл-полупроводник это соотношение не всегда строго выполняется, так как на поверхности полупроводника в тонкой диэлектрической прослойке, возникающей из-за технологических факторов между металлом и полупроводником, образуются локальные поверхностные состояния. Электроны, находящиеся на них, экранируют влияние металла так, что внутреннее электрическое поле в полупроводнике определяется этими поверхностными состояниями. [c.167] Вернуться к основной статье