半导体零件加工厂家谈谈半导体零件

        半导体零件是一类具有超结耐压层的重要器件，超结将PN结引入到常规“电阻型”耐压层中，使之质变为“结型耐压层”，这种质变突破传统功率器件比导通电阻和耐压之间的Ron,sp ∝VB2.5“硅极限”关系，使之降低到Ron,sp ∝VB1.32，甚至 Ron,sp ∝VB1.03，超结器件也因此被誉为半导体零件的“里程碑”。从耐压层角度回顾功率半导体零件40年发展的3个里程碑，综述了超结的发明、概念与机理、技术与新结构，并总结超结发展历程与趋势。

 

        半导体零件加工是电能转换与控制的核心器件，所有电子产品均离不开半导体零件，无论是毫瓦级的便携式终端，还是兆瓦级的高铁。现代功率半导体技术已被广泛应用于国民经济的方方面面，从传统的工业电子、扩展到信息通讯、计算机、消费和汽车领域，新能源、轨道交通、电动汽车和智能电网正成为功率半导体市场增长的强大引擎。

 

        在这些应用中，功率MOS和以其为核心的功率集成芯片在整个功率半导体市场份额占比高达74%，在近年功率单管的118亿的销售中，功率MOS占比达 49%。超结的出现，使得器件比导通电阻大幅降，被国际上誉为“功率MOS器件的里程碑”，超结的优越特性也带来了巨大的市场需求，有人预计明年市场规模将高达22亿美元，半导体零件已被视为中国半导体破局的重要领域。

        半导体零件与耐压层

 

        与低压半导体零件相比，半导体零件关态条件下需承受高电压，具有耐压层结构，可以看成低压控制器件与耐压层形成的复合结构。如图1所示，功率MOS器件可视为低压MOS漏端D与准漏端D'之间插入耐压层的复合结构，其控制部分工作机理与低压MOS基本相同。半导体零件设计的关键之一是耐压层的设计。

        1.功率半导体简化结构

 

        理想的耐压层应在关态下承受高电压，在开态下导通大电流，并实现两者之间的快速转换。因此，其基本要求是高耐压、低导通电阻和高开关速度，其优化的本质就是实现特定应用场景下的最佳折衷。

 

        20世纪70年代发明的VDMOS，为承受高耐压采用具有单一导电型的“电阻型”耐压层，人们很快发现其比导通电阻和耐压之间存在Ron,sp ∝VB2.5极限关系，使器件功耗随耐压剧增。大量研究致力于如何使器件性能尽可能接近甚至突破“硅极限”，从耐压层演变角度，需要在保证耐压前提下尽可能增加开态载流子浓度，半导体零件呈现了不同的发展阶段。

 

        阻型耐压层器件，器件耐压层为具有N或P单一导电类型的低掺杂半导体层，其特性受“硅极限”限制，典型结构为常规VDMOS器件；通过将PN结正向注入特性引入到阻型耐压层中，大注入非平衡载流子增加开态载流子浓度，典型结构为IGBT；将异型掺杂引入到耐压层内部形成周期性交替掺杂的耐压层结构，其特点是将PN结反向耗尽特性引入到耐压层内部，实现两区之间的电荷平衡，典型结构为本文重点阐述的超结，耐压层从“阻型”到“结型”的转变为耐压层结构的一次质变。

        从上面的论述可以看出，耐压层演变的特点是巧妙地将PN结的正向与反向特性引入常规阻型耐压层中，从而实现耐压层电阻降低。半导体零件加工厂