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功率半导体器件新型MIS耐压层等势场调制基础理论与新结构

批准号:
62074030
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
章文通
依托单位:
学科分类:
半导体电子器件与集成
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
章文通

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
功率半导体器件的核心是耐压层,传统耐压层历经40年,日趋成熟,亟待新一代耐压层问世。本项目发明容型(MIS)新耐压层,建立等势场调制基础理论,提出新型介质终端技术和新一类MIS器件。含三创新点:.(1)首次提出MIS耐压层等势场调制基础理论,揭示等势场调制机理,导出关键参数普适定量设计式;.(2)首次提出等势场调制新型介质终端技术,降低曲率效应,实现600V耐压下,终端区耐压距离较漂移区长度缩短10μm;.(3)发明新型MIS耐压层新结构并实验研制,初步证明其比导通电阻Ron,sp显著优于报道最优结型器件,同等耐压下降低45.7%,特性领先。.本项目系功率半导体应用基础研究,国际尚未报道,在科学性与技术性上均意义重大。
英文摘要
The voltage sustaining layer (VSL) is the core of the power semiconductor devices. The conventional VSL is becoming more and more mature after 40 year’s development. The coming out of new-type VSL is urgently needed. This project invents a capacitance-type (MIS-type) VSL and develops its basic theory of equal-potential field modulation. Based on the basic theory, the new-type dielectric termination technology and new generation MIS-VSL devices are proposed. There are three innovation points in this study:.(1) For the first time, the basic theory of the equal-potential field modulation of the MIS-VSL is developed to reveal the essence of the equal-potential field modulation mechanism. The universal quantitative design formulas of the key parameters are deduced for the MIS-type devices. .(2) The new-type dielectric termination technology is firstly proposed based on the equal-potential field modulation to reduce the curvature effect in the termination region. The voltage sustaining length of the termination region is 10 μm shorter than the drift length for the 600 V level device. .(3)The new structures of the MIS-VSL device are proposed and experimentally realized, which obtain a leading specific on-resistance Ron,sp remarkably reduced by 45.7% when compared with the best reported Ron,sp of the junction-type VSL device under the similar breakdown voltage. .This project belongs to the applied basic research of power semiconductor devices, which has not been reported yet. It is of great importance in both the scientificity and technicality.
本项目提出新型MIS耐压层概念,建立等势场调制基础理论,导出MIS耐压层器件解析设计式;以此为基础,项目探索并实验验证了基于等势场调制的新型MIS耐压层器件与介质终端技术;实验表明,MIS耐压层器件可实现击穿电压VB超过600 V,比导通电阻Ron,sp相较同等耐压Triple RESURF等传统结构显著降低,完成项目研究目标与性能指标要求。主要创新点如下:(1)提出新型MIS耐压层结构,建立等势场调制基础理论。通过求解MIS耐压元胞二维泊松方程,获得二维势场分布,导出优化电场分布条件下器件关键参数解析设计式,为新型MIS耐压层结构设计提供了理论基础;(2)基于等势场调制理论,提出新型介质终端技术。该技术在终端指尖区域引入系列环状MIS耐压结构,有效削弱了曲率效应。实验表明,衬底终端技术首次实现高压集成器件终端区耐压距离小于漂移区长度,显著缩短10 μm;(3)基于上述理论与介质终端技术,提出并研制出三种新型MIS耐压层器件,实测VB分别为675.5 V、669.5 V、426.0 V,Ron,sp分别为49.1 mΩ·cm2、53.3 mΩ·cm2、19.7 mΩ·cm2,性能较传统Triple RESURF器件理论值均有显著提升。基于本项目相关研究,共发表论文17篇,其中SCI论文11篇,包括本领域一流期刊IEEE EDL 5篇、IEEE TED 6篇,2篇论文被优选为IEEE EDL封面Highlight;在本领域一流国际会议IEEE ISPSD发表论文2篇,IEEE ICSICT发表论文1篇,IEEE ISNE发表论文3篇。共申请专利34项,授权7项。其中申请中国发明专利31项,授权6项;申请美国专利3项,授权1项。项目成果支撑获2023年国家科技进步二等奖。
功率半导体非完全雪崩击穿NFA新原理及其高临界场新器件研究
  • 批准号:
    62274022
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    章文通
  • 依托单位:
纳米硅高临界场的能量弛豫机理与模型探索
  • 批准号:
    61704020
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    29.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    章文通
  • 依托单位:
国内基金
海外基金