《超結器件在極端電熱應力下的失效機理及加固技術研究》是依託電子科技大學，由任敏擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超結器件在極端電熱應力下的失效機理及加固技術研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：任敏
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
電熱應力下的可靠性對超結器件的套用至關重要。本項目針對非箝位感性負載開關過程（UIS）這一最極端電熱應力條件，對超結器件的失效機理及加固技術開展三項創新性研究：①建立動態電荷失衡模型，通過求解耐壓層含時泊松方程，分析不同初始電荷匹配狀態下，雪崩過程中瞬時附載入流子對耐壓層電場分布、動態雪崩擊穿電壓等電學特性的影響，揭示UIS失效機制。②建立電熱耦合的器件-電路混合仿真法，模擬超結器件UIS失效過程，克服前人工作忽略了超結器件與常規器件熱分布差異的問題，在研究器件內部的熱產生及熱傳遞的基礎上，設定溫度相關模型，並通過實驗數據校準提高模擬準確性。③提出抗UIS失效加固的超結器件新結構，通過耐壓層電場的設計最佳化雪崩電流路徑;進行新結構關鍵製備技術研究。對超結器件UIS失效的物理層面的剖析及模型的建立，具有重要的科學價值；電熱耦合模擬法和加固新技術，對於提高超結器件的可靠性具有重要的套用價值。
結題摘要
功率DMOS器件是目前套用最為廣泛的新型功率器件。但常規DMOS器件的導通電阻會隨耐壓的增長呈2.5次方關係迅速增加，導致功耗激增。超結DMOS打破了這一限制關係，改善了導通電阻和耐壓之間的制約關係，可同時實現低通態功耗和高阻斷電壓，因此迅速在各種高能效場合取得套用，市場前景非常廣泛。解決系統套用中的可靠性問題，是超結DMOS大規模套用的前提。耐壓原理上的區別決定了超結DMOS的動態特性和可靠性與傳統DMOS存在差異，亟需合理的理論模型和科學的方法來研究和模擬超結器件的特殊失效機制，在器件設計階段就對其可靠性作出評估，指導器件的最佳化。 本項目從超結器件的特殊耐壓原理出發，以最極端電熱應力條件下發生的失效作為研究切入點，分析失效機理。取得的成果包括：（1）建立了動態電荷失衡模型，揭示以超結器件為代表的電荷平衡類器件UIS失效的物理機制；（2）建立了電熱耦合的器件-電路混合仿真法，有效模擬超結器件UIS失效過程，預測器件的抗UIS失效能力，與實測結果吻合度較好；（3）提出了基於漂移區電場及雪崩電流路徑最佳化的抗UIS失效加固超結DMOS新結構，並通過實驗製備了耐壓900V的超結DMOS器件樣品。測試結果表明，新結構在不影響器件動靜態電學參數的前提下，獲得了高雪崩耐量（Eas＞200mJ），具有高可靠性。 本項目為功率半導體器件領域的套用基礎研究，符合我國當前“節能減排”的新能源發展戰略。研究具有重要的科學價值，從器件物理的層面入手研究可靠性問題，將豐富現有的超結理論，由於理論研究將抓住電荷平衡類器件的共同物理本質，因此研究思路和方法可進一步推廣至超結器件以外的其它電荷平衡類器件和結構，具有一定的普適性。本研究也具有很好的套用價值，提出的失效預測方法和加固技術，對於提高器件性能、縮短設計周期具有重要意義。
