一种非耗尽型结终端扩展与浮空场板场强互补的终端结构制造技术

本发明专利技术公开了一种非耗尽型结终端扩展与浮空场板场强互补的终端结构。包括结终端扩展、浮空场板以及位于结终端扩展和浮空场板之间的支撑介质层，所述结终端扩展分为间隔布置的多块区域，多区域构成结终端扩展，每一区域的长度和间距根据电压等级进行调整，相邻两个区域之间具有区域间隔，浮空场板通过支撑介质层布置在结终端扩展上方，浮空场板分为多个区域，结终端扩展区域间隔处上方设有一浮空场板区域。本发提高了总体的电场强度积分值，具有良好的耐压效果，降低了成本和时间，最大程度地利用终端效率，减小高压器件的终端面积，提高了产率。

【技术实现步骤摘要】
一种非耗尽型结终端扩展与浮空场板场强互补的终端结构
本专利技术公开是关于电力电子器件领域，尤其是涉及了一种非耗尽型结终端扩展与浮空场板场强互补的终端结构。
技术介绍
随着电力电子器件的飞速发展，终端作为一种保护器件的结构得到了越来越广泛的应用。高压器件常常使用终端结构来扩展主结附近的电势线分布，避免此处的电场集中效应，从而延迟器件的提前击穿，起到提高耐压的作用。在实现该技术的过程中，发现现有技术至少存在以下问题：普通的结终端扩展并不能充分利用高压器件的潜能。通常的多区域结终端扩展需要通过多次注入，成本较高。场限环会在环宽部分浪费较大的面积。单独的场板结构会在场板边缘处引起较高的电场尖峰使得器件提前击穿。在一定的终端面积的要求下，常用的终端结构很难在高压结构下充分获得较为理想的表面电场分布。
技术实现思路
为了克服相关技术中存在的问题，本专利技术公开提供了一种非耗尽型结终端扩展与浮空场板场强互补的电力电子器件终端结构，结合了结终端扩展与浮空场板，充分了利用高压器件的潜能，多区域结终端扩展通过浮空场板场强互补，降低了结终端区域对于注入浓度分布的要求，使得结终端区域可以使用相同的掺杂浓度和掺杂深度，因此只需要单次注入，大大降低了成本。各个部分在同一晶片表面上下分布，不会在终端部分浪费较大的面积，同时合理互补不会引起较高的电场尖峰使得器件提前击穿。在一定的终端面积的要求下，本专利技术的终端结构在高压结构下能够充分获得较为理想的表面电场分布。本专利技术的技术方案如下：本专利技术包括结终端扩展、浮空场板以及位于结终端扩展和浮空场板之间的支撑介质层，结终端扩展位于主结外围，所述结终端扩展分为间隔布置的多块区域，多区域构成结终端扩展，每一区域的数量、长度和间距根据给定器件表面电场强度进行调整，相邻两个区域之间具有区域间隔，浮空场板通过支撑介质层布置在结终端扩展上方，浮空场板分为多个区域，结终端扩展区域间隔处上方设有一浮空场板区域。本专利技术所述的浮空场板与常用场板的区别是：浮空场板与阳极通过外部引线相连，且不与注入区域相连；或者不与任何电极相连，且不与注入区域相连。所述浮空场板分为多个区域，每一区域全都位于不同结终端扩展区域间隔处上方。在所述结终端扩展区域间的间距处上方选择性设有浮空场板。浮空场板的数量与位置可以根据给定器件表面电场强度进行调整，选择性即是指可以根据给定器件表面电场强度的不同改变数量和位置。所述结终端扩展的多区域平行于表面间隔分布。优选地，结终端扩展的每个区域掺杂物质(用于形成PN结)的浓度相同，每个区域的深度相同。这样，可以使得终端的离子注入在一次内完成，降低了成本和时间。离子注入是指结终端扩展将形成PN结材料的掺杂物质注入的制作工艺。所述浮空场板的边缘均靠近结终端扩展区域间隔处的正上方，即使得浮空场板的单个区域和结终端扩展区域间隔处的正上方附近对应的一块区域相重叠。这样，可以使得结终端扩展间隔处低水平的电场强度被浮空场板边缘引起的高电场强度所补偿，提高总体的电场强度积分值，达到提高耐压的效果。其中，靠近、附近具体是指浮空场板边缘与间隔区边缘的距离不超过所在区域间隔宽度的5倍。所述体材料与结终端扩展掺杂选用极性相反的掺杂以形成耗尽区。优选地，所述体材料选取N型掺杂的材料，则结终端扩展掺杂P型材料，从而能够使两者相互复合，形成能够提升耐压的耗尽区域。P型材料常用采用铝、硼等III族元素。本专利技术的结终端扩展、支撑介质层和浮空场板三者依次沿垂直于表面的深度方向分布，结终端扩展、支撑介质层和浮空场板形成的整体终端结构在同一表面区域上下分布，由此缩短了平行于表面的终端长度。这样，减少器件的总体面积，特别是高压器件的终端面积，提高了产率，降低了成本。优选地，所述浮空场板下方的介质层厚度使得结终端扩展各个区域的最高电场强度(通常是在间隔两侧的两块区域底面边缘处)按大小排序，最大值和最小值接近，并且结终端扩展所有区域底面每一处的电场强度均接近于结终端扩展各个区域的最高电场强度，并且使得结终端扩展每一区域底面每一处的电场强度在满足上述条件下尽可能高。这样，可以使得所述浮空场板对所述结终端扩展的补偿作用最为明显，对耐压的提升效果最优。所述结终端扩展各个区域的最高电场强度按大小排序，最大值和最小值接近，具体是指：最大值和最小值相比不相差一个数量级以上；结终端扩展所有区域底面每一处的电场强度均接近于结终端扩展各个区域的最高电场强度，具体是指：结终端扩展所有区域底面每一处的电场强度分别和结终端扩展各个区域的最高电场强度相比不相差一个数量级以上；结终端扩展每一区域底面每一处的电场强度在满足上述条件下尽可能高具体是指：结终端扩展每一区域底面的最低电场强度分别与结终端扩展各个区域底面的最低电场强度相比不相差一个数量级以上。所述终端结构在反向耐压时，结终端扩展中的空穴和电子相复合后不会完全耗尽。在反向耐压时，电极阳极连接低电势，体材料底边阴极连接高电势。在这种情况下，该终端结构中的空穴和电子相复合后会剩余有空穴或者电子，空穴或者电子会聚集在结终端扩展区域间隔处两侧的两个区域的顶面边缘。这样，可动载流子在可以扩展其周围的电势线分布，提高工艺的鲁棒性。所述的浮空场板下方的支撑介质层采用高k介质材料。优选地，具体实施例中的介质层采用氧化铝。这样，对于宽禁带材料作为体区域的电力电子器件，生长能够达到所述浮空场板高度要求的介质层时，生长厚度可以因介电常数的提升而得到缩短，降低了成本和时间。同时，也降低了介质层内的电场强度，提高了器件因介质层而击穿的耐量，这对于击穿电场本身较高的宽禁带材料尤为重要。优选地，结终端区域材料为宽禁带材料，这样可以使得终端与体区的临界击穿场强数量级相当，最大程度地利用终端效率。所述的结终端扩展材料为SiC或者4H-SiC，优选地为4H-SiC。本专利技术技术方案相比现有技术具有以下有益效果：本专利技术结合了结终端扩展与浮空场板，充分了利用高压器件的潜能，多区域结终端扩展只需要单次注入，大大降低了成本。本专利技术不会在环宽部分浪费较大的面积，不会引起较高的电场尖峰使得器件提前击穿。在一定的终端面积的要求下，本专利技术的终端结构在高压结构下能够充分获得较为理想的表面电场分布。本专利技术的终端结构在降低主结电场强度的同时，提高了结终端区域的电场强度积分值，具有良好的耐压的效果，降低了成本和时间，具有较高的工艺鲁棒性，最大程度地利用终端效率，减小高压器件的终端面积，提高了产率。本专利技术尤其适用于SiC、GaN等宽禁带高压器件，使得体材料的高耐压优势能够充分体现。附图说明图1是本专利技术终端结构的一种实施结构示意图；图2是图1所示的终端结构通过数值仿真获得的反向耐压时击穿电压下的等势线分布图，其中相邻等势线相差50V；图3是图1所示的终端结构，但介质层采用非高k材料的二氧化硅，通过数值仿真获得的反向耐压时击穿电压下的等势线分布图，其中相邻等势线相差50V；图4是图1所示的终端结构通过数值仿真电场强度分布图；图5是图1所示的终端结构以及去掉场板后的结构通过数值仿真在结终端扩展2底部水平线处的电场强度分布图。图中：1浮空场板，2结终端扩展，3支撑介质层，4体材料，5主结，6阳极，7剩余载流子。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非耗尽型结终端扩展与浮空场板场强互补的终端结构，其特征在于：包括结终端扩展(2)、浮空场板(1)以及位于结终端扩展(2)和浮空场板(1)之间的支撑介质层(3)，所述结终端扩展(2)分为间隔布置的多块区域，多区域构成结终端扩展，每一区域的长度和间距根据电压等级进行调整，相邻两个区域之间具有区域间隔，浮空场板(1)通过支撑介质层(3)布置在结终端扩展(2)上方，浮空场板(1)分为多个区域，结终端扩展(2)区域间隔处上方设有一浮空场板(1)区域，浮空场板(1)不与注入区域相连，与给定器件阳极(6)通过外部引线相连或者不与任何电极相连。

【技术特征摘要】
1.一种非耗尽型结终端扩展与浮空场板场强互补的终端结构，其特征在于：包括结终端扩展(2)、浮空场板(1)以及位于结终端扩展(2)和浮空场板(1)之间的支撑介质层(3)，所述结终端扩展(2)分为间隔布置的多块区域，多区域构成结终端扩展，每一区域的长度和间距根据电压等级进行调整，相邻两个区域之间具有区域间隔，浮空场板(1)通过支撑介质层(3)布置在结终端扩展(2)上方，浮空场板(1)分为多个区域，结终端扩展(2)区域间隔处上方设有一浮空场板(1)区域，浮空场板(1)不与注入区域相连，与给定器件阳极(6)通过外部引线相连或者不与任何电极相连。2.根据权利要求1所述的一种非耗尽型结终端扩展与浮空场板场强互补的终端结构，其特征在于：在所述结终端扩展(2)区域间的间距处上方选择性设有浮空场板(1)，选择性是指根据给定器件表面电场强度的不同改变数量和位置设置浮空场板(1)。3.根据权利要求1所述的一种非耗尽型结终端扩展与浮空场板场强互补的终端结构，其特征在于：所述结终端扩展(2)的多区域沿表面间隔分布，且结终端扩展(2)、支撑介质层(3)和浮空场板(1)三者依次沿垂直于表面方向相邻分布，结终端扩展(2)、支撑介质层(3)和浮空场板(1)均位于器件同一块表面区域的上方。4.根据权利要求1所述的一种非耗尽型结终端扩展与浮空场板场强互补的终端结构，其特征在于：结终端扩展(2)的每个区域掺杂的P型或N型半导体物质的浓度相同，每个区域的深度相同。5.根据权利要求1所述的一种非耗尽型结终端扩展与浮空场板场强互补的终端结构，其特征在于：所述体材料(4)选取P型掺杂的材料，结终端扩展(2)掺杂N型材料。6.根据权利要求1所述的一种非耗尽型...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙虎，郭清，盛况，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33