Kāda ir fotoelektrisko diožu reversā noplūdes strāva un kā to optimizēt?

一, Reversās noplūdes strāvas veidošanās mehānisms un galvenie ietekmējošie faktori
1. Fiziskais mehānisms: nesēja difūzijas un termiskās ierosmes dubultie efekti
Reversā noplūdes strāva sastāv no divām daļām:

Telpas lādiņa reģionā radītā strāva: Apgrieztā nobīdē palielinās PN savienojuma telpas lādiņa apgabala platums, un spēcīgais elektriskais lauks paātrina lādiņu nesēju kustību, izraisot termiskās ierosmes radīto elektronu caurumu pāru atdalīšanu ar elektrisko lauku, veidojot strāvu. Strāva ir eksponenciāli saistīta ar joslas spraugas platumu, kas veido vairāk nekā 80% ierīcēs, kuru pamatā ir silīcijs{2}}.
In vivo difūzijas strāva: mazākuma nesēji (piemēram, elektroni P-tipa reģionā) koncentrācijas gradienta ietekmē izkliedē N- tipa apgabalā, veidojot vāju strāvu. Tā vērtība parasti ir nA diapazonā, taču tā var ievērojami palielināties augstā temperatūrā vai spēcīgas starojuma vidē.
2. Galvenie ietekmējošie faktori: visaptveroša materiālu, procesu un vides ietekme
Materiālu defekti: režģa dislokācijas un metāla piemaisījumi (piemēram, dzelzs un varš) var tikt ievadīti kompozītmateriālu centrā, samazinot mazākuma lādiņu nesēju kalpošanas laiku. Eksperimenti ir parādījuši, ka, ja metāla piesārņojuma koncentrācija pārsniedz 1 × 10 ¹⁰ atomus/cm ², noplūdes strāva var palielināties par 2-3 kārtām.
Ražošanas process: Nevienmērīgs dopings un nepietiekama virsmas pasivācija var palielināt virsmas noplūdes strāvas īpatsvaru līdz 30% -50%. Piemēram, Šotkija diodēm to metāla pusvadītāju kontakta raksturlielumu dēļ noplūdes strāva ir par 2-3 kārtām lielāka nekā tradicionālajiem PN savienojumiem.
Temperatūras efekts: par katru 10 grādu temperatūras paaugstināšanos noplūdes strāva dubultojas. Augstas-temperatūras scenārijos, piemēram, tuksnešos, tradicionālo silīcija-diožu noplūdes strāva var sasniegt μA, savukārt trešās-paaudzes pusvadītāju ierīces (piemēram, SiC) var to samazināt par 2–4 kārtībām.
Reversais spriegums: ja spriegums pārsniedz kritisko vērtību (piemēram, 1,2 reizes VRWM), noplūdes strāva palielinās eksponenciāli, kas var izraisīt bojājumus.
2, Reversās noplūdes strāvas optimizācijas stratēģija: pilnīga ķēdes uzlabošana no materiāliem līdz sistēmām
1. Materiālu inovācija: trešās paaudzes pusvadītāju izrāviens
Silīcija karbīds (SiC) un gallija nitrīds (GaN): to plašā diapazona raksturlielumi (3,2 eV SiC un 3,4 eV GaN) ievērojami samazina termiskās ierosmes strāvu un uzrāda izcilu augstas -temperatūras pretestību. Piemēram, Infineon CoolSiC ™ Šotkija diožu noplūdes strāva 150 grādu leņķī ir tikai 1/1000 no silīcija{7}}ierīcēm.
Heterojunkcijas struktūra: audzējot tādus materiālus kā GaAs vai InGaP uz silīcija substrāta, veidojas heterosavienojuma saskarne, lai nomāktu nesēja difūziju. HJT (heterojunction) fotoelektriskā diode, ko izstrādājusi Panasonic Corporation Japānā, samazina noplūdes strāvu zem 0,1 nA/cm².
2. Procesa optimizācija: smalka kontrole no vafeles līdz iepakojumam
Īpaši tīra ražošanas vide: izmantojot 10. klases tīrās telpas (ar daļiņām, kas ir lielākas vai vienādas ar 0,5 μm, mazākas vai vienādas ar 10 uz kubikpēdu gaisa), apvienojumā ar vakuuma iepakošanas tehnoloģiju, metāla piesārņojuma koncentrāciju var kontrolēt zem 1 × 10 ⁸ atomiem/cm².
Virsmas pasivācijas tehnoloģija: audzējiet Al ₂ O3 vai SiN ₓ plānas kārtiņas, izmantojot atomu slāņa nogulsnēšanos (ALD), aizpildiet virsmas defektus un samaziniet stāvokļu virsmas blīvumu. Eksperimentālie dati liecina, ka ALD pasivēšana var samazināt noplūdes strāvu par 50% -70%.
Lāzera dopinga process: izmantojot lāzera lokālo sildīšanu, lai panāktu precīzu dopingu, izvairoties no nevienmērīgas dopinga problēmas tradicionālajos difūzijas procesos. Lāzera dopinga tehnoloģija, ko izstrādājis Fraunhofer ISE institūts Vācijā, kontrolē dopinga koncentrācijas svārstības ± 3% robežās.
3. Strukturālā projektēšana: sistemātiska inovācija no ierīcēm līdz moduļiem
Vairāku savienojumu sērijas struktūra: virknē savienojot vairākus PN savienojumus, tiek palielināts reversās bloķēšanas spriegums un tiek samazināts viena savienojuma elektriskā lauka stiprums. Piemēram, pie 1000 V apgrieztā sprieguma trīs savienojumu fotoelektriskās diodes noplūdes strāva ir tikai 1/10 no vienas savienojuma ierīces.
Integrētā aizsardzības shēma: MOSFET vai TVS (pārejas sprieguma slāpēšanas) diode ir iestrādāta diodes modulī, lai izveidotu reversās aizsardzības tīklu. STPROTECT no STMicroelectronics ™ sērijas, var ierobežot reversās noplūdes strāvu zem 10nA.
Siltuma pārvaldības optimizācija: izmantojot fāzes maiņas materiālus (PCM) vai mikrokanālu dzesēšanas tehnoloģiju, lai kontrolētu darba temperatūru zem 85 grādiem. Eksperimenti ir parādījuši, ka temperatūras pazemināšanās par 20 grādiem var samazināt noplūdes strāvu par 75%.
4. Testēšana un pārbaude: pilnīga procesa kontrole no ražošanas līdz pielietojumam
Augstas precizitātes testēšanas aprīkojums: izmantojiet Keithley 6517B elektrostatisko mērītāju vai Agilent B1500A pusvadītāju parametru analizatoru, lai veiktu noplūdes strāvas pārbaudi diapazonā no -55 grādiem līdz 175 grādiem ar precizitāti 0,1 fA.
Paātrinātās novecošanas tests: atlasiet ierīces ar izcilu noplūdes strāvas stabilitāti, veicot augstas{0}}temperatūras un augsta mitruma (85 grādi /85% RH) vai novirzes temperatūras nestabilitātes (BTI) testus. Piemēram, T Ü V Rheinland standarts HALT (augsti paātrinātā mūža tests) pieprasa, lai ierīces noplūdes strāvas maiņas ātrums pēc 1000 stundu novecošanas ir mazāks vai vienāds ar 10%.
Datu vadīts skrīninga modelis: pamatojoties uz mašīnmācīšanās algoritmiem, izveidojiet korelācijas modeli starp noplūdes strāvu, procesa parametriem un vides apstākļiem, lai panāktu precīzu skrīningu. Huawei digitālās enerģijas komandas izstrādātā mākslīgā intelekta pārbaudes sistēma ir samazinājusi defektu līmeni līdz 0,01%.