該產(chǎn)品主要具有正向阻斷電壓高、高溫漏電流小、飽和壓降低、開通門限電壓高、陽極脈沖峰值電流大、斷態(tài)陽極電壓上升率(dv/dt)高、開通陽極電流上升率(di/dt)高、抗輻射能力強等特點。
** 芯片陰極區(qū)短路點結(jié)構(gòu)及單元器件內(nèi)部等效(并聯(lián))NPN晶體管數(shù)量的選擇: **
器件陰極區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮了兩種情況:即陰極區(qū)帶短路點結(jié)構(gòu)和不帶短路點結(jié)構(gòu)。為了充分考慮器件的可靠性,陽極電壓峰值選擇為4000V(器件額定電壓),電壓上升率為4KV/μs。對于不采用陰極短路點結(jié)構(gòu)(單元陰極區(qū)寬度為30μm)的器件斷態(tài)陰陽極抗擾能力dv/dt,圖1(a)給出器件在陽極峰值電壓達到4000V時,器件內(nèi)部的溫度分布。
由圖1可見,當(dāng)斷態(tài)陽極電壓上升率較高(4KV/μs)時,由于位移電流正比于反偏結(jié)電容(相當(dāng)于寄生晶體管的集電結(jié)電容)和電壓變化率,電壓變化率越大,器件內(nèi)反偏結(jié)位移電流越大,容易導(dǎo)致器件內(nèi)寄生三極管的觸發(fā)導(dǎo)通。圖9表示在器件內(nèi)部寄生晶體管被觸發(fā)開通,而且峰值位移電流密度和峰值晶硅溫度的位置出現(xiàn)在靠近背面陽極附近(P+/N+處結(jié)電容較大)。
在陽極電壓上升到3195V時,器件內(nèi)部局部峰值溫度達到了1108V。因此,當(dāng)陽極電壓上升率達到4KV/μs時,器件性能受到嚴(yán)重影響,無法正常使用。對于陰極短路點結(jié)構(gòu)(短路點直徑5μm,單元陰極區(qū)寬度為30μm)的器件斷態(tài)陰陽極抗擾能力dv/dt,圖1(b)給出器件在陽極峰值電壓達到4000V時,器件內(nèi)部的溫度分布。
由圖1(b)可見,在陰極短路點結(jié)構(gòu)和陽極N+緩沖層結(jié)構(gòu)兩者的共同作用下,使得器件內(nèi)部寄生晶體管的觸發(fā)耐量得以提高,器件的抗dv/dt干擾能力得到很大改善。器件內(nèi)部局部峰值溫度最高,因此本產(chǎn)品陰極發(fā)射區(qū)擬采用短路點結(jié)構(gòu),以此進一步改善器件抗斷態(tài)陰陽極dv/dt干擾能力。由圖1(b)可見,當(dāng)采用陰極短路點結(jié)構(gòu)后,在施加斷態(tài)陽極電壓變化率dvdt=4KV/s條件下,器件內(nèi)部晶格溫度分布均勻,且?guī)缀鯖]有局部溫度升高,全局溫度幾乎控制在300K。表明采用陰極短路點結(jié)構(gòu)后,器件的抗dv/dt誤觸發(fā)能力得到了較大的改善。
由圖1(c)可見,本產(chǎn)品所采用的陰極區(qū)寬度及短路點結(jié)構(gòu)參數(shù)較合理,陰極區(qū)面積可到了充分的利用,消除陰極區(qū)邊緣電流集中的現(xiàn)象,獲得較好的di/dt性能。另外,短路點結(jié)構(gòu)尺寸較合理,不僅滿足本單位芯片工藝加工能力,而且短路點在改善dv/dt能力方面發(fā)揮了較理想的作用。
圖1 在斷態(tài)dvdt=4KV/S情況下,未采用陰極短路點結(jié)構(gòu)(a)、采用陰極短路點結(jié)構(gòu)(b)兩種情況下的器件內(nèi)部溫度分布、空穴電流分布(c)
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