半导体功率器件的高压终端结设计综述报告.pptxVIP

半导体功率器件的高压终端结设计综述报告

汇报人：

2024-01-14

目录

引言

高压终端结设计原理与方法

半导体功率器件的高压终端结设计实践

高压终端结设计的性能评估与优化

目录

高压终端结设计的挑战与未来发展

结论

01

引言

背景

随着电力电子技术的发展，半导体功率器件在高压、大电流应用中的需求日益增长。高压终端结设计作为半导体功率器件的关键技术之一，对于提高器件的耐压能力、降低功耗、提高可靠性具有重要意义。

目的

本综述报告旨在系统梳理半导体功率器件高压终端结设计的研究现状、关键技术和发展趋势，为相关领域的研究人员提供有价值的参考和借鉴。

定义

01

半导体功率器件是指能够承受高电压、大电流并具有较高开关速度的半导体器件，广泛应用于电力电子变换器、电机驱动、新能源等领域。

分类

02

根据工作原理和应用需求，半导体功率器件可分为二极管、晶体管、晶闸管等多种类型。

发展历程

03

自20世纪50年代以来，随着半导体材料和工艺技术的不断进步，半导体功率器件经历了从硅整流器到晶闸管、再到现代IGBT（绝缘栅双极型晶体管）等的发展历程。

02

高压终端结设计原理与方法

耐压原理

高压终端结的主要设计原理是确保器件在高压环境下能够正常工作，不发生击穿。通过优化结构设计，使得终端结能够承受高电压应力，保证器件的耐压性能。

电场分布原理

高压终端结的设计需要合理控制电场分布，避免电场集中导致器件击穿。通过调整终端结的形状、掺杂浓度等参数，可以优化电场分布，提高器件的耐压能力。

数值仿真方法

利用计算机仿真软件对高压终端结进行数值模拟，分析其在不同电压下的电场分布、电流密度等关键参数，指导终端结的优化设计。

解析模型方法

通过建立高压终端结的解析模型，推导其电场分布、耐压能力等关键性能的解析表达式，为终端结的设计提供理论依据。

实验验证方法

在理论设计和仿真分析的基础上，通过实验手段对高压终端结的性能进行验证。通过对比实验数据和理论分析结果，不断优化终端结的设计方案。

选择合适的半导体材料是高压终端结设计的关键。需要综合考虑材料的禁带宽度、击穿电压、载流子迁移率等参数，以满足高压终端结的性能要求。

材料选择

通过优化终端结的结构设计，如采用场板、浮空场限环等技术手段，改善电场分布，提高器件的耐压能力。

结构优化

工艺实现：高压终端结的设计需要考虑工艺实现的可行性。选择合适的工艺流程和工艺参数，确保终端结的结构和性能得以实现。

高耐压与低漏电流的平衡

在提高器件耐压能力的同时，需要降低漏电流，以保证器件的正常工作。如何在高耐压和低漏电流之间取得平衡是高压终端结设计的一大挑战。

可靠性问题

高压终端结在长时间高电压应力作用下可能出现性能退化或失效现象。如何提高终端结的可靠性是另一大挑战。

新材料与新技术的探索

随着半导体技术的不断发展，新材料和新技术不断涌现。如何将这些新材料和新技术应用于高压终端结的设计中，提高其性能并降低成本，是未来研究的重点方向。

03

半导体功率器件的高压终端结设计实践

实现高耐压、低漏电流和良好的温度特性。

设计目标

选择合适的半导体材料，如硅或碳化硅；设计合适的PN结结构和掺杂浓度；优化终端结构以降低电场集中；进行工艺流程设计和实验验证。

设计步骤

采用场板技术、浮空场限环技术等降低表面电场强度；采用深槽终端结构、斜角终端结构等缓解体内电场集中。

关键技术

设计目标

实现高集成度、高耐压、低功耗和优良的热稳定性。

设计步骤

确定电路拓扑结构和性能指标；选择合适的半导体材料和工艺；设计各个功能模块的电路和版图；进行整体电路的仿真验证和实验测试。

关键技术

采用先进的半导体材料和工艺，如硅基集成电路、碳化硅基集成电路等；优化电路拓扑结构和参数设计，提高电路性能和稳定性；采用先进的封装技术，提高电路的可靠性和耐久性。

04

高压终端结设计的性能评估与优化

通过施加逐渐增高的电压，测量器件的击穿电压，评估其耐压能力。

击穿电压测试

漏电流测量

导通电阻测试

在特定电压下测量器件的漏电流，以评估其绝缘性能。

测量器件在导通状态下的电阻，以评估其导电性能。

03

02

01

通过改进终端结构的形状、尺寸和材料等，提高器件的耐压能力和绝缘性能。

终端结构优化

采用先进的表面处理技术，如钝化、氧化等，降低器件表面的电场强度，提高其耐压能力。

表面处理技术

选用具有高耐压、低漏电流等优良性能的材料，提高器件的整体性能。

材料优化

03

结果分析

对实验数据进行统计分析，评估优化策略的有效性，并提出改进意见。

01

实验设计

设计合理的实验方案，包括实验条件、测试方法、数据分析等。

02

实验结果

记录实验数据，包括击穿电压、漏电流、导通电阻等关键参数。

05

高压终端结设计的挑战与未来发展

1

2

3

高压终端结需要承受极高的