信息科學(xué)與工程學(xué)院集成電路團(tuán)隊(duì)提出一種超級(jí)場(chǎng)板技術(shù)，大幅提升了橫向絕緣柵雙極型晶體管（LIGBT）的耐壓能力，使其接近了理論極限。相關(guān)成果以“A 500V Super Field Plate LIGBT with Excellent Voltage Blocking Capability”為題發(fā)表于集成電路領(lǐng)域頂級(jí)期刊IEEE Electron Device Letters，論文第一單位為濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，張春偉老師為第一作者，李陽(yáng)老師為通訊作者。
LIGBT兼具M(jìn)OS管的集成度高、易驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)和BJT電流能力強(qiáng)、高輸出功率的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于新能源汽車(chē)、軌道交通、白色家電、工業(yè)控制等領(lǐng)域，被譽(yù)為電力電子裝備的“心臟”以及高效節(jié)能減排的主力軍，其關(guān)鍵核心技術(shù)研究受到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。該工作針對(duì)LIGBT的耐壓能力和電流能力提出了一種世界先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)。
團(tuán)隊(duì)針對(duì)LIGBT器件耐受高電壓的關(guān)鍵能力，從器件雪崩擊穿的本質(zhì)出發(fā)，根據(jù)電荷對(duì)電場(chǎng)影響的物理機(jī)制，設(shè)計(jì)出一種感應(yīng)電荷量可控的超級(jí)場(chǎng)板技術(shù)。該技術(shù)利用器件場(chǎng)板與漂移區(qū)間形成的寄生電容，以及互連金屬間的寄生電容形成串聯(lián)電容結(jié)構(gòu)，通過(guò)設(shè)計(jì)寄生電容設(shè)計(jì)控制器件耐壓狀態(tài)下的感應(yīng)電荷量，并基于電荷平衡理論推導(dǎo)出了超級(jí)場(chǎng)板的參數(shù)設(shè)計(jì)方法，基于500V耐壓等級(jí)的LIGBT實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，超級(jí)場(chǎng)板實(shí)現(xiàn)了均勻電場(chǎng)分布，將器件耐壓能力提升了38.1%，達(dá)到了18.8V/μm，與目前最先進(jìn)的超結(jié)技術(shù)耐壓能力持平，但是，本工作所提出的超級(jí)場(chǎng)板技術(shù)額外具有無(wú)需占用漂移區(qū)、無(wú)需P型摻雜工藝、適用于第三代半導(dǎo)體器件GaN-HEMT等優(yōu)點(diǎn)，因此，該技術(shù)相比現(xiàn)有技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，對(duì)未來(lái)功率器件的發(fā)展具有重要推動(dòng)作用。
超級(jí)場(chǎng)板LIGBT器件結(jié)構(gòu)示意圖（上）及耐壓能力測(cè)試結(jié)果（下）
濟(jì)南大學(xué)集成電路團(tuán)隊(duì)主要開(kāi)展功率半導(dǎo)體芯片、第三代半導(dǎo)體芯片、神經(jīng)形態(tài)芯片、智能感知系統(tǒng)等新型器件、電路及系統(tǒng)研究。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)基金、濟(jì)南市市校融合發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。
撰稿：張春偉 編輯：張雅靜 編審：張偉
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