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5-6-4 sic Hochleistungs-Schaltgeräte

5. Siliciumcarbid-Technologie

5-6-4 sic Hochleistungs-Schaltgeräte

2018-01-08

Die inhärenten Materialeigenschaften und die grundlegende Physik hinter den großen theoretischen Vorteilen von Silizium über Silizium für Leistungsschaltvorrichtungen wurden in Abschnitt 5.3.2 diskutiert. Ähnlich wurde in Abschnitt 5.4.5 diskutiert, dass kristallographische Defekte, die in Siliziumwafern und Epitaxieschichten gefunden werden, derzeit ein primärer Faktor sind, der die Kommerzialisierung nützlicher sic-Hochleistungsschaltvorrichtungen begrenzt. Dieser Abschnitt konzentriert sich auf die zusätzlichen Entwicklungsaspekte von Leistungsgleichrichtern und Leistungsschalttransistortechnologien.


Die meisten Leistungsbauelement-Prototypen verwenden ähnliche Topologien und Merkmale wie ihre siliziumbasierten Gegenstücke, wie z. B. den vertikalen Stromfluss durch das Substrat, um den Bauelementstrom unter Verwendung einer minimalen Waferfläche zu maximieren (d. h. die Stromdichte zu maximieren). Im Gegensatz zu Silizium diktiert jedoch die relativ geringe Leitfähigkeit heutiger p-leitender Substrate (Abschnitt 5.4.3), dass alle vertikalen Leistungsbauelementstrukturen unter Verwendung von n-Typ-Substraten implementiert werden, um vorteilhaft hohe vertikale Stromdichten zu erzielen . Viele der Kompromisse beim Entwurf von Bauelementen gehen in etwa parallel zu den bekannten Kompromissen zwischen Silizium-Leistungsbauelementen, abgesehen von der Tatsache, dass die Zahlen für Stromdichten, Spannungen, Leistungsdichten und Schaltgeschwindigkeiten in sic wesentlich höher sind.


Damit Leistungsvorrichtungen erfolgreich bei hohen Spannungen arbeiten können, muss der periphere Durchschlag aufgrund von kantenbezogenem Überangebot an elektrischen Feldern durch sorgfältiges Vorrichtungsdesign und geeignete Wahl von isolierenden / passivierenden dielektrischen Materialien vermieden werden. Die Spitzenspannung vieler Prototyp-Hochspannungs-Geräte wurde oft durch zerstörerische kantenbedingte Zerstörung begrenzt, insbesondere bei sic-Geräten, die mehrere Kilovolt blockieren können. Darüber hinaus wurde bei den meisten Tests vieler Prototyp-Multikinovolt-Vorrichtungen gefordert, dass die Vorrichtung in spezielle Flüssigkeiten oder Gasatmosphären mit hoher dielektrischer Festigkeit getaucht wird, um schädliche Lichtbögen und Oberflächenüberschläge an den Peripheriebereichen des Geräts zu minimieren. Eine Vielzahl von Kantenbeendigungsverfahren, von denen viele ursprünglich in Silizium-Hochspannungsbauelementen entwickelt wurden, wurden auf Prototyp-Leistungsbauelemente mit unterschiedlichem Erfolg angewendet, einschließlich maßgeschneiderter Dotierungs- und Metallschutzringe. Die höheren Spannungen und die höheren lokalen elektrischen Felder von SIC-Leistungsbauelementen stellen eine größere Belastung für Gehäuse und Waferisoliermaterialien dar, so dass sich einige der Materialien, die zum Isolieren / Passivieren von Silizium-Hochspannungsbauelementen verwendet werden, nicht als zuverlässig erweisen. Spannungsgeräte, insbesondere wenn diese Geräte bei hohen Temperaturen betrieben werden sollen.

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