2020-03-17
2020-03-09
パワースイッチングデバイスのためのシリコン上のシリコンの大きな理論的利点の背後にある固有の材料特性および基本的な物理特性についてはセクション5.3.2で説明しました。同様に、セクション5.4.5で、シリコンウェーハおよびエピ層に見出される結晶欠陥が、現在、有用な高出力スイッチングデバイスの商品化を制限する主な要因であると議論された。このセクションでは、電源用整流器とパワースイッチングトランジスタ技術の追加の開発面を中心に説明します。
大部分のシックパワーデバイスプロトタイプは、最小ウェーハ面積を使用してデバイス電流を最大にする（すなわち、電流密度を最大にする）ために、基板を通る高電流の垂直フローのようなそれらのシリコンベースの対応物と同様のトポロジーおよび特徴を使用する。しかしながら、シリコンとは対照的に、現在のp型シリコン基板の比較的低い導電率（セクション5.4.3）は、垂直方向の電流密度を有利に高めるために、全ての垂直方向のパワーデバイス構造がn型基板を使用して実施されることを規定している。デバイス設計のトレードオフの多くは、現在の密度、電圧、電力密度、およびスイッチング速度の数がSICではるかに高いという事実を除いて、よく知られているシリコンパワーデバイスのトレードオフとほぼ同じです。
パワーデバイスが高電圧で正常に機能するためには、慎重なデバイス設計と絶縁/不動態化誘電体材料の適切な選択により、電界集中によるエッジの破壊が避けられなければならない。多くのプロトタイプ高電圧SICデバイスのピーク電圧は、特に複数キロボルトをブロックできるSICデバイスでは、破壊的なエッジ関連の破壊によって制限されていました。さらに、多くのプロトタイプのマルチキルボルト装置の試験では、装置周辺の電気アーク放電や表面フラッシュオーバーの損傷を最小限に抑えるために特殊な高耐圧液体またはガス雰囲気に装置を浸漬する必要がありました。もともとシリコン高電圧デバイスで先駆けされていたさまざまなエッジ終端方法が、カスタマイズされたドーパントおよびメタルガードリングを含むさまざまなレベルの成功を収めたSICパワーデバイスの試作に適用されました。シリコンパワーデバイスのより高い電圧およびより高い局所電場は、パッケージおよびウェハ絶縁材料に大きな応力をかけるので、シリコン高電圧デバイスを絶縁/パッシベーションするために使用される材料のいくつかは、これらのデバイスが高温で動作する場合は、特に注意してください。
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