Колика је струја обрнутог цурења фотонапонских диода и како је оптимизовати?

一, Механизам формирања и кључни фактори утицаја реверзне струје цурења
1. Физички механизам: Двоструки ефекти дифузије носиоца и термичке побуде
Реверзна струја цурења се састоји од два дела:

Струја генерисана у области просторног наелектрисања: Под обрнутим пристрасношћу, ширина области просторног наелектрисања ПН споја се повећава, а јако електрично поље убрзава кретање носилаца наелектрисања, узрокујући да се парови електронских рупа генерисани топлотном побудом раздвоје електричним пољем, формирајући струју. Струја је експоненцијално повезана са ширином појасног размака, чинећи преко 80% у уређајима на бази силикона{2}}.
Струја дифузије ин виво: Мањински носиоци (као што су електрони у региону типа П-) дифундују ка региону типа Н- под дејством градијента концентрације, формирајући слабу струју. Његова вредност је обично у опсегу нА, али може значајно да порасте у окружењу са високом температуром или јаким зрачењем.
2. Кључни фактори утицаја: свеобухватни ефекти материјала, процеса и животне средине
Дефекти материјала: дислокације решетке и металне нечистоће (као што су гвожђе и бакар) могу се унети у композитни центар, смањујући век трајања мањинских носача наелектрисања. Експерименти су показали да када концентрација металног загађења пређе 1 × 10 ¹⁰ атома/цм², струја цурења може порасти за 2-3 реда величине.
Процес производње: Неуједначено допирање и недовољна површинска пасивизација могу повећати удео површинске струје цурења на 30% -50%. На пример, Шоткијеве диоде имају струју цурења 2-3 реда величине већу од традиционалних ПН спојева због њихових металних полупроводничких контактних карактеристика.
Температурни ефекат: За сваких 10 степени повећања температуре, струја цурења се удвостручује. У сценаријима високе{2}}температуре као што су пустиње, струја цурења традиционалних диода заснованих на силицијуму-може да достигне μ А, док полупроводнички уређаји треће-генерације (као што је СиЦ) могу да је смање за 2-4 реда величине.
Реверзни напон: Када напон пређе критичну вредност (као што је 1,2 пута ВРВМ), струја цурења се експоненцијално повећава, што може проузроковати оштећење квара.
2, Стратегија оптимизације за обрнуту струју цурења: побољшање целог ланца од материјала до система
1. Иновације материјала: револуционарне примене полупроводника треће генерације
Силицијум карбид (СиЦ) и галијум нитрид (ГаН): Њихове карактеристике широког појаса (3,2 еВ за СиЦ и 3,4 еВ за ГаН) значајно смањују струју топлотне побуде и показују одличну отпорност на високе{2}}температуре. На пример, Инфинеон ЦоолСиЦ™ Струја цурења Шоткијевих диода на 150 степени је само 1/1000 струје код уређаја заснованих на силикону{7}}.
Структура хетероспојнице: Узгајањем материјала као што су ГаАс или ИнГаП на силицијумској подлози, формира се интерфејс хетероспојника који потискује дифузију носача. ХЈТ (хетеројукција) фотонапонска диода коју је развила Панасониц Цорпоратион у Јапану смањује струју цурења на испод 0,1нА/цм².
2. Оптимизација процеса: фина контрола од вафла до паковања
Ултра чисто производно окружење: Коришћењем чистих просторија класе 10 (са честицама већим или једнаким 0,5 μм мањим од или једнаким 10 по кубној стопи ваздуха), у комбинацији са технологијом вакуумског паковања, концентрација металне контаминације може се контролисати испод 1 × 10 ⁸ атома/цм².
Технологија површинске пасивизације: узгајајте танке филмове Ал ₂ О3 или СиН ₓ кроз таложење атомског слоја (АЛД), попуните површинске дефекте и смањите површинску густину стања. Експериментални подаци показују да пасивизација АЛД може смањити струју цурења за 50% -70%.
Процес ласерског допинга: коришћење ласерског локалног загревања за постизање прецизног допинга, избегавајући проблем неуједначеног допинга у традиционалним процесима дифузије. Технологија ласерског допинга коју је развио Фраунхофер ИСЕ институт у Немачкој контролише флуктуацију концентрације допинга у оквиру ± 3%.
3. Пројектовање конструкције: Систематска иновација од уређаја до модула
Структура серије са више спојева: Повезивањем више ПН спојева у серију, повећава се обрнути напон блокирања и смањује се јачина електричног поља једног споја. На пример, под реверзним напоном од 1000 В, струја цурења фотонапонске диоде са три споја је само 1/10 струје једног спојног уређаја.
Интегрисано заштитно коло: МОСФЕТ или ТВС (прелазно сузбијање напона) диода је уграђена у диодни модул да би се формирала мрежа заштите од обрнутог кретања. СТПРОТЕЦТ из СТМицроелецтроницс™ серије, може ограничити струју обрнутог цурења на испод 10нА.
Оптимизација управљања топлотом: Коришћење материјала за промену фазе (ПЦМ) или микроканалне технологије хлађења за контролу радне температуре испод 85 степени. Експерименти су показали да смањење температуре од 20 степени може смањити струју цурења за 75%.
4. Тестирање и скрининг: потпуна контрола процеса од производње до примене
Опрема за тестирање високе прецизности: Користите Кеитхлеи 6517Б електростатички мерач или Агилент Б1500А полупроводнички анализатор параметара да бисте извршили тестирање струје цурења у опсегу од -55 степени до 175 степени, са тачношћу од 0,1фА.
Тест убрзаног старења: Изаберите уређаје са одличном стабилношћу струје цурења кроз тестове високе-температуре и високе влажности (85 степени/85% релативне влажности) или тестове нестабилности температуре при преднапону (БТИ). На пример, стандард Т У В Рхеинланд ХАЛТ (Хигх Аццелератед Лифе Тест) захтева да брзина промене струје цурења уређаја након 1000 сати старења буде мања или једнака 10%.
Модел скрининга вођен подацима: На основу алгоритама машинског учења, успоставите модел корелације између струје цурења, параметара процеса и услова околине да бисте постигли тачан скрининг. Систем АИ скрининга који је развио Хуавејев тим за дигиталну енергију смањио је стопу кварова на испод 0,01%.