據(jù)多家企業(yè)反饋,目前SiC二極管價格“很卷”,這一方面可以加速替代硅二極管,但另一方面也讓企業(yè)苦惱如何提升產(chǎn)品競爭力。
有企業(yè)判斷,未來SiC二極管也會走硅基二極管的技術(shù)路線,從常規(guī)二極管走向超級結(jié)架構(gòu),這樣可以減小器件的導(dǎo)通電阻,降低器件的生產(chǎn)成本。
最近,“行家說三代半”發(fā)現(xiàn),通用電氣研究所(GE Research)發(fā)布文獻(xiàn)稱,他們已經(jīng)制造出擊穿電壓為3.8kV的SiC超結(jié)JBS器件,其導(dǎo)通電阻僅為4.5mΩ/cm2,這比傳統(tǒng)的單極二極管極限低約45%。
關(guān)鍵是,GE這次開發(fā)的SiC超結(jié)JBS器件只用了一次外延,他們是怎么做到的?
GE開發(fā)的3.5kV SiC SJ JBS
目前,已經(jīng)有研究機構(gòu)采用單層和多層外延技術(shù)開發(fā)出1.2kV-3.3kV的SiC超結(jié)器件,但是要開發(fā)超過3kV以上的SiC超結(jié)器件難度蠻大。
這是因為傳統(tǒng)離子注入的注入深度有限,只有幾微米,而>3kV器件的離子注入深度通常要超過30μm,通常需要進(jìn)行多次離子注入和外延生長;還有制造商采用溝槽外延填充工藝,但這種方式會導(dǎo)致器件出現(xiàn)缺陷,從而產(chǎn)生過高的漏電流。
而GE開發(fā)了第三種技術(shù):電荷平衡(Charge-Balanced)技術(shù),即采用一個獨特的可擴展漂移層架構(gòu),來以替代超級結(jié)器件結(jié)構(gòu)。
幾年前,GE用堆疊式電荷平衡 (CB)技術(shù)開發(fā)了3.3kV-4.5kV的超結(jié)SiC器件,雖然導(dǎo)通損耗是所有4.5kV器件中最低的,但開關(guān)延遲較高。在文獻(xiàn)中,GE表示,他們解決了這個問題。
CB器件及制造流程
根據(jù)文獻(xiàn),其主要過程如下:
● 先在12微米厚的輕摻雜n型外延層中,使用超高能(MeV)離子注入,注入形成P柱和N柱;
●進(jìn)行12微米的外延過生長;
●進(jìn)行第二組超高能離子注入;
●在overgrown 外延層中進(jìn)行第二組超高能注入,以形成24微米的柱層。
其頂部JBS二極管是通過傳統(tǒng)的碳化硅制造工藝形成的,包括鋁注入形成P+JBS和P+ JTE,然后進(jìn)行場氧化和金屬化。
根據(jù)實驗測試結(jié)果,這款SiC SJ JBS 二極管的開啟電壓為 1.4V,在室溫下和150°C 時的導(dǎo)通電阻分別為4.5mΩ/cm2和9.6mΩ/cm2,比碳化硅單極器件極限低約45%,達(dá)到的最大擊穿電壓為3.8 kV,3.5 kV 時的漏電流小于 2μA (100μA/cm2)。
這表明,即使連續(xù)兩次進(jìn)行高能量離子注入,再經(jīng)過2000°C激活退火,該器件在外延生長中也能達(dá)到較低的缺陷密度。
GE還通過開發(fā)超結(jié)SiC PiN來評估該技術(shù)的可靠性。測試顯示,這顆0.5mm2二極管的正向壓降和擊穿電壓的漂移小于 5%,沒有觀察到雙極退化。
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原文標(biāo)題:SiC二極管價格很卷?這家公司找到對策
文章出處:【微信號:SiC_GaN,微信公眾號:行家說三代半】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。
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