半导体功率器件与智能功率IC考试重点文档格式.doc

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Rectifier：

SBD,PiN,SR

7.理想器件：

零导通电阻、无穷大BV、零电容、零成本、寿命长易使用。

8.发展方向：

低功耗、低成本、高可靠、稳定、易用。

9.PIC（SPIC）包括：

PIC,HVIC,SPIC

10.理想功率开关与实际器件最大不同：

双向工作；

开态电流可是任一方向，关态电压可任一方向；

VG可控I，且完全饱和；

可电压控制（IG=0）又可电流控制（VG=0）;

11.SOA:

theareawithintheoutputcharacteristicsofthedevicewhereitcanbeoperatedwithoutdestructivefailureaslongasthepowerdissipationiskeptwithinthethermalconstraintsofthedevicepackage.

12.二次击穿：

A不同于雪崩击穿的一种现象，B在雪崩击穿发生后发生的一种带有负阻现象的击穿。

原因：

由于某一处电流的集中（即扩散不均匀或其它造成电阻下降）->

T上升->

电流增大，即正反馈。

电流集中处电流增加而电压减小

13.半导体内部温度上限：

最轻掺杂区的本征载流子浓度等于多子掺杂浓度时PN结失去整流特性，但实际允许的温度远低于理论值。

14.热传递包括：

传导、对流、辐射。

15.Vbi=（kT/q）*ln（NaNd/ni^2）;

n0=ni*exp（（EF-EFi）/kT）;

p0=ni*exp（（EFi-EF）/kT）

二、结击穿和结终端（JTT）

1.碰撞离化系数α：

一个电子或空穴在耗尽层沿电场方向移动1cm而产生的电子空穴对的数量。

α=1.8*10^（-35）*E^7（1/cm），T升，a降

2.雪崩击穿的条件：

∫（α*dx,0,xd）=1。

意义：

一个电子或空穴在耗尽层中沿电场方向运动时只要能碰撞出一对电子空穴对即发生雪崩击穿。

3.Planejunction:

1-dimensionaldiode;

idealP-Njunction

4.泊松方程：

dE/dx=Q（x）/εs=-（q*Na）/εs

5.E（x）=qNA（xd-x）/εs，X=0处电场最强

6.xd=sqrt（2εsVA/（qNA））

7.Em=sqrt（2qNAVA/εs），VA升或NA降,E升；

NA或VA升，Em升。

8.Wcpp=2.67*10^10*NA^（-7/8）

9.BVpp=5.34*10^13*NA^（-3/4）

10.Ecpp=4010*NA^（1/8）

11.VPT=Ecpp*Wp-qNDWp^2/（2εs）

12.BVCYL=6*10^13*NA^（-3/4）*（（（2+η）η）^0.5-η）;

η=rj/Wcpp

13.单位：

电压-V,NA-/cm3,Wcpp-cm,Ecpp-V/cm

14.正磨角Empb/Emb=sinθ/（1+cosθ）

15.结终端技术：

为降低曲率效应并提高结击穿电压而采取的边缘终止技术。

16.结终端包括：

A平面终端：

扩散环（DGR）;

场板（FP）:

withslopeoxide,withstepoxide,resistivefieldplate（RFP）;

结终端扩展（JTE）;

场限制环（FLR）;

B磨角终端：

正、负。

.

17.场板的击穿位置：

A当tox小且NB小在场板边缘击穿；

B当tox大且NB大且场板长时在结中心击穿。

18.其它结终端技术：

a.JTEconjunctionwith3D-RESURFconcept;

b.MultistepJunctionTerminationExtension;

c.Trenchterminations.

19.对于正磨角，最大表面电场随磨角角度的减小而减小。

20.由于表面存在缺陷，在同样电场下表面的离化系数比体内大，因此击穿首先出现在表面。

21.对于负磨角，只有当磨角角度很大时最大表面场才小于体内。

内部接近表面出现电场尖峰。

22.边缘终端的问题：

A导通损失随终端区面积的增加而增加；

B界面电荷导致击穿能力下降。

23.击穿电压：

反向电压增加到使反向电流迅速增加所对应的电压。

分雪崩和齐纳。

24.倍增系数Mp=Jp（xd）/Jp（0）,Mn=Jn（0）/Jn（xd）,雪崩发生条件：

M=∞。

25.PiN:

由高掺杂区、低掺杂区和高浓度接触区构成，轻掺杂区厚度小于击穿时的最大耗尽层厚度。

26.PT与NTP比，电场变化慢，包围区更似矩形，击穿电压一样，但耗尽层更窄，外延层薄。

27.球面结和柱面结由横向扩散引起，曲率效应，电场集中，高电场，强碰撞电离，提前击穿。

圆柱结BV远小于平行平面结。

对圆柱结，结深增大，曲率效应缓解，BV增大。

击穿电压关系：

球结＜柱结＜平结，临界电场：

球结＞柱结＞平结，原因：

曲率效应导致电场集中。

对造成球面结的尖角可能倒角优化，但损失面积。

三、功率二极管

1.功率二极管包括：

PIN，SBD,SR。

2.功率二极管发展方向：

新材料，新结构，新机理。

3.电导调制：

大量电子和空穴注入到低掺杂的i区从而使i区电阻下降的现象。

4.PIN的缺点：

A由正偏变为反偏时，注入的电子空穴需要被抽走，导致反向恢复电流；

B由于有高阻的I区，PIN存在正向电压过冲。

5.PIN的优点：

A耐高压；

B大电流；

C低泄漏电流；

D低导通损耗。

6.PIN特点：

高压大电流应用；

VF较SBD大，功耗大；

双极器件，电导调制（双刃剑）；

可高温工作；

阻断特性好，漏电流小；

开关特性差（优化器件结构和寿命控制表调节开关速度）。

7.PIN泄露电流=空间电荷区产生的泄露电流+中性扩散区的泄露电流（中性区产生的少子扩散进入耗尽层并被电场扫到另一边）

8.可以通过减小少子寿命来减小开关损失，但这将增加开态压降。

9.PIN：

低掺杂长漂移区->

导通电阻增大（电导调制解决），击穿电压升高。

10.高压PIN的要求：

a.I区低NB,b.厚I区。

11.大注入（沟道调制）条件：

n（x）=p（x）>

>

NB.

12.n（X）=p（X）=Δp（x）=（J*La/2q）（（cosh（x/La）/Dn+cosh（（x-W）/La）/Dp）/sinh（W/La）

13.La=sqrt（Da*τHL）

14.Da=2Dn*Dp/（Dn+Dp）

15.D=kTμ/q

16.τHL=τp0+τn0

17.PIN正向偏压：

VF=Vi+Vp++Vn+

18.PIN电流：

J＝（4q*ni*Da/W）*F（W/2La）*exp（qVF/2kT）;

其中F（x）＝x*tanh（x）*exp（-qVi/2kT）/sqrt（1-（（μn-μp）/（μn+μp））^2*（tanh（x））^4）

19.Vi=（3/8）（kT/q）（W/La）^2（当（W/La）<

<

1）;

Vi=（3/8）（πkT/q）*exp（W/2La）（当（W/La）>

1）

20.Vp+=（kT）/q*ln（p（0）*ND/ni^2）;

Vn+=（kT）/q*ln（n（W）/ND）

21.反向恢复：

二极管由开态向关态的开关过程。

正向导通时存储在i少子必须被抽走以维持阻断电压。

小的τb会减小开关损耗，但因L的作用会产生大的过冲和噪声。

可用陷阱缺陷提高反向恢复速度，也可用大的抽取电流和复合效应。

寿命控制：

在n-区引入复合中心减短寿命，但复合中心的引入导致漏电流增大。

22.正向电压过冲：

当用大di/dt开启PIN时，由于在电导调制起作用前电阻较大，刚开始时其正向压降将超过稳态下同样传导电流时的压降。

23.减小寿命的方法：

在I区引入复合中心：

a.Usingthermaldiffusionofgoldorplatinum;

b.Bombardingthesiliconwaferwithhighenergyparticles.

24.SBD正向压降：

VF＝VFB+JF*RS;

JF=JS*exp（qVFB/kT）;

JS=A*T^2*exp（-qΦbn/kT）;

N型硅A=110~120A/（cm*K）^2

25.SBDvsPIN：

A正向导通压降低，B开关速度快（无沟道调制），C漏电流大，D多子器件。

26.SBD特点：

低压低功耗（选择金属使VFB小，导通压降小）应用；

阻断特性差；

高压或高温反向漏电流大（JR），温度特性差；

导通电压小；

单极器件（多子工作，高速）；

很难高温；

正偏无扩散电容（与PIN比能更高频工作）；

软击穿；

漂移区电阻与耐压呈2.5次方关系。

无沟道调制，因为注入的少数载流子可以忽略。

所以无反向恢复电流。

27.SBD反向漏电流：

与PIN比多了热电流成分，热电流JR随T指数增大，且正向电流中也有这部分电流。

势垒降低->

VFB减小，但JR增大。

T升高->

VFB下降->

JR增大->

T升高，即正反馈，易热击穿。

28.金半接触的四种电流机制：

热电子发射（主），量子隧穿，空间电荷区复合，少子电流（金属中空穴注入半导体）。

29.漂移区特征阻抗RD,SP=Wcpp/（qμnND）=5.53*10^（-9）*BVpp^2.5=1.67*10^29/（μn*Nd）^（15/8）

30.JBS特点：

A.多子器件;

B.P+区只是为了反向阻断反向阻断特性比SBD好，由于P+N结正偏不足，开态时没有空穴大注入。

正向时肖特基接触，正向压降小。

31.MPS特点：

双极载流子器件，P+N结正偏，开态时有空穴注入和沟道调制，减小了漂移区电阻，但注入量比PIN低，因此反向恢复特性好。

32.JBS与MPS，PIN的差别：

MPS漂移区更宽，耐压更高；

MPS加正向电压时，P+N结导通，有空穴注入，有电导调制，由于肖特基结的存在，其注入水平小于PIN，存储电荷少于PIN，反向恢复优于PIN，高温漏电流MPS大于PIN。

33.SR（同步整流）的I-V特性为线性。

34.功率二极管包括：

PIN,SBD,JBS,MPS,ESD,SR,BJD,MCD

35.T↗－α↘－BV↗

四、功率双极晶体管

1.PBT（powerbipolartransistor）适用于中低功率应用，开关速度快，放大系数小，但不能并联使用。

2.PBT的3个工作区：

A饱和区：

B-E正偏，集电极偏压