100A-1200V Si JBS的設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、作為一種新型的復(fù)合型二極管，結(jié)型勢(shì)壘肖特基二極管（Junction Barrier Controlled Schottky Rectifier，縮寫JBS）具有大電流、高耐壓、高開關(guān)速度、高浪涌電流抗性的優(yōu)點(diǎn)。
　　 本論文的主要工作為設(shè)計(jì)一種正向電流為100A、耐壓為1200V的可適應(yīng)于國內(nèi)晶閘管制造工藝的硅基JBS器件。
　　 本次設(shè)計(jì)首先通過對(duì)JBS的工作原理進(jìn)行分析，并結(jié)合國內(nèi)晶閘管制造工藝，初步確定了硅JBS器

2、件的基本材料參數(shù)和元胞的結(jié)構(gòu)參數(shù)。之后為了獲取較高的耐壓，采用場限環(huán)結(jié)構(gòu)，通過對(duì)柱坐標(biāo)系泊松方程的求解，確定了場限環(huán)的數(shù)目和場限環(huán)間距等基本結(jié)構(gòu)參數(shù)。利用SILVACOTCAD器件仿真工具Atlas對(duì)所得的硅JBS器件初步結(jié)構(gòu)進(jìn)行了電學(xué)特性仿真，結(jié)果發(fā)現(xiàn)初步結(jié)構(gòu)的擊穿電壓未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
　　 為了提高擊穿電壓，減少突變結(jié)近似引入的誤差，將雙質(zhì)擴(kuò)散結(jié)近似為兩個(gè)單邊線性結(jié)的線性疊加，并對(duì)其電學(xué)特性進(jìn)行了研究。根據(jù)研究所得結(jié)果對(duì)場限

3、環(huán)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，調(diào)整了場限環(huán)間距和場限環(huán)寬度，進(jìn)而利用SILVACOTCADAtlas對(duì)優(yōu)化后的硅JBS器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了擊穿特性仿真，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其擊穿電壓仍不能滿足設(shè)計(jì)要求。為了進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)，提升擊穿電壓，提出了三種改良方案:降低漂移區(qū)濃度、增加結(jié)深、增加場限環(huán)數(shù)目或N+場終止環(huán)。在分別采用了其中的后兩種方案后分別獲得了擊穿電壓在1400V以上、結(jié)深分別為50μm和30μm、場限環(huán)數(shù)目分別為2個(gè)和3個(gè)的總共7種不同場限環(huán)寬度和間距的硅J

4、BS器件結(jié)構(gòu)。
　　 在器件的擊穿電壓達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)后，于滿足耐壓指標(biāo)的兩種結(jié)深的總共7套硅JBS器件結(jié)構(gòu)中分別選出一種結(jié)構(gòu)，對(duì)其正向特性和瞬態(tài)特性仿真結(jié)果進(jìn)行了分析對(duì)比，并選取這兩種硅JBS器件結(jié)構(gòu)用于虛擬樣品的制造和測(cè)試。
　　 由于本次設(shè)計(jì)采用了場限環(huán)結(jié)構(gòu)，要求場限環(huán)間距處處相同，因此提出了圓形和正六邊形兩種版圖方案。綜合考慮后，采用正六邊形版圖結(jié)構(gòu)并計(jì)算了對(duì)應(yīng)于所選的兩種硅JBS器件結(jié)構(gòu)的版圖參數(shù)。之后利用SILV

5、ACOTCAD工藝仿真工具Athena對(duì)所得的器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了虛擬制造。并利用SILVACOTCADAtlas對(duì)虛擬樣品進(jìn)行了電學(xué)特性方面的仿真測(cè)試和驗(yàn)證。測(cè)試發(fā)現(xiàn)兩種硅JBS器件的虛擬樣品的擊穿電壓、正向電流密度和關(guān)斷時(shí)間等均有一定程度的削弱，但仍符合設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。
　　 通過對(duì)器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及對(duì)虛擬樣品的制造與測(cè)試，最終獲得了結(jié)深分別為50μm和30μm、擊穿電壓分別為1440V和1470V、關(guān)斷時(shí)間分別為12.5ns和Sns