Высоковольтные быстропереключающиеся диоды (Fast Recovery Diode, FRD) характеризуются малым падением прямого напряжения и низкой рассеиваемой мощностью. Основной характеристикой таких диодов является блокирующее обратное напряжение, или напряжение пробоя. Цель настоящей работы - разработка топологии охранных колец, позволяющей получать максимально возможное блокирующее напряжение диода и определенную локализацию места пробоя при условии использования стандартных технологических процессов и без применения новых материалов или подложек. Разработана топология высоковольтной части кремниевых быстропереключающихся мощных диодов для получения максимального блокирующего обратного напряжения. Для расчета использовалась среда TCAD, в редактор структур которой интегрирована программа для автоматизации создания моделей приборов с размерами порядка нескольких миллиметров. Предложен принцип расчета расположения охранных колец, позволяющий получать силовые диоды с разным напряжением пробоя. Топология разработана так, чтобы пробой происходил под краем активной области, что гарантирует отсутствие катастрофических отказов прибора. Изготовленные по предложенной топологии мощные быстропереключающиеся диоды имеют максимальное блокирующее обратное напряжение в диапазоне 3,3-6,7 кВ, что говорит о достоверности методологии расчета.
1. Design and optimization of suitable edge terminations for 6.5 kV IGBTs / M. Vellvehi, D. Flores, X. Jorda et al. // Microelectronics Journal. – 2002. – Vol.33 – P. 765–769.
2. Ciappa M. Some reliability aspects of IGBT modules for high-power applications // Doc-toral Thesis. – Swiss Federal Institute of Technology. – 2001.
3. Humbel O. Application-specific improvements on fast recovery 4.5kV press-pack rectifi-ers // Doctoral Thesis. – Swiss Federal Institute of Technology. – 2000.
4. Baliga Jayant B. Fundamentals of power semiconductor devices // Springer Science. – 2008. – P. 1–163.
5. Kopta A. High voltage silicon based devices for energy efficient power distribution and consumption // Proc. of the Electron Devices Meeting (IEDM), IEEE International. – 2014. – P. 2.4.1–2.4.4.
6. Baliarda A. V. Avalanche Ruggedness of local charge balance power super junction tran-sistors // Doctoral Thesis. – Autonomous University of Barcelona. – 2013.
7. Netzel M., Herzer R. Simulation of complex planar edge termination structures for vertical igbts by solving the complete semiconductor device equations // Simulation of semiconductor devices and processes. – 1995. – Vol.6. – P. 290–293.
8. An improved methodology for the CAD optimization of multiple floating field-limiting ring terminations / N. Baradai, C. Sanfilippo, R. Carta et al. // IEEE transactions on electron devices. – 2001. – Vol. 58. – N.1. – P. 266–270.
9. Vecchi M.C., Rudan M. Modeling electron and hole transport with full-band structure ef-fects by means of the spherical-harmonics expansion of the BTE // IEEE Transactions on Elec-tron Devices. – 1998. – Vol. 45. – N.1, pp. 230–238.