快恢復(fù)二極管的緩沖層結(jié)構(gòu)對(duì)抗ESD能力的影響

  緩沖層(buffer layer)結(jié)構(gòu)是FRD中常用的一種結(jié)構(gòu)，它可以改善器件的反向恢復(fù)特性，提高器件的動(dòng)態(tài)雪崩耐量等。因此有必要研究緩沖層對(duì)FRD抗ESD能力的影響。本文中分別對(duì)Ref、P_1e16添加了20µm厚，摻雜為1e15cm³的N型緩沖層，得到buf_1e15、buf_1e15-P_1e16結(jié)構(gòu)。由于P_1e16及buf_1e15_P_1e16在E5D過(guò)程中，表面出現(xiàn)了動(dòng)態(tài)穿通，因此對(duì)于這兩種結(jié)構(gòu)專(zhuān)門(mén)多選取表面處的最大電流密度。其10ns、20ns時(shí)刻的最大電流密度對(duì)比如下表示：

  分析表中數(shù)據(jù)得：對(duì)于Ref和buf_1e15，10ns、20n5時(shí)在表面處，Jmax(buf_1e15)比Jmax(Ref)分別降低了22%、21% ；10ns、20ns時(shí)在PN-結(jié)處，Jmax(buf_1e15)比Jmax(Ref)分別降低了46%、43%；10ns、20ns時(shí)在PN-結(jié)處，Jmax(buf_1e15)比Jmax(Ref)分別降低了70%、68%。
  對(duì)于P_1e16和buf_1e15_P_1e16，10ns、20ns時(shí)在表面處，Jmax(buf_1e15_P_1e16)比Jmax分別高5%、18%;然而，10ns、20ns時(shí)在PN-結(jié)處，Jmax(buf_1e15_P_1e16) 比 Jmax(P_1e16)分別降低了 70%、72%；10ns、 20ns 時(shí)在N-N+結(jié)處，Jmax(buf_1e15_P_1e16) 比 Jmax(P_1e16)分別降低了77%、78%。
  然而，表面引線孔附近的最大電流密度值不同表面摻雜濃度結(jié)構(gòu)之間相差還是很大的，發(fā)生了動(dòng)態(tài)穿通的P_1e16和buf_1e15_P_1e16明顯大于Ref和buf_1e15結(jié)構(gòu)。其中，10ns、20ns時(shí)，在表面處，Jmax(P_1e16)比Jmax(Ref)分別大2.19倍和1.76倍。   由此可知，加了緩沖層后，不管是PN結(jié)處還是在N-N+結(jié)處，不論之前是哪一種結(jié)構(gòu)，都比之前改善很大。從兩種加緩沖層的結(jié)構(gòu)在20ns時(shí)的電流密度分布圖1來(lái)看，二者都大大降低了PN-結(jié)以及N-N+結(jié)處的最大電流密度。分析其原因有兩個(gè)：(1)由于緩沖層有效降低了N-N+結(jié)處的電場(chǎng)強(qiáng)度，使得器件的場(chǎng)板末端附近成為了場(chǎng)強(qiáng)較高，相對(duì)薄弱的地方，導(dǎo)致電流在場(chǎng)板下匯集，對(duì)PN-結(jié)及N-N+結(jié)進(jìn)行了分流。(2)在buf_1e15結(jié)構(gòu)中，在PN-結(jié)內(nèi)部偏左的地方，以及buf_1e15_P_1e16電極中心處，各自多出一條電流集中的地方。這也同樣使得在PN 結(jié)拐角處下方的電流集中得到分擔(dān)，從而減弱了電流集中的效果。   以buf_1e15結(jié)構(gòu)為例，取出20ns內(nèi)它的電流密度分布變化圖，如圖2?？梢钥吹?.9ns之前，器件內(nèi)部(左側(cè))電流密度較小，到1ns時(shí)，器件內(nèi)部的電流密度普遍變強(qiáng)。2ns時(shí)，在器中左側(cè)開(kāi)始出現(xiàn)電流的消退。5ns時(shí)，器件內(nèi)部已經(jīng)明顯顯示出新產(chǎn)生的一處電流集中。這個(gè)電流集中處的電流密度在接下來(lái)的時(shí)間又由弱變強(qiáng)、后來(lái)又變?nèi)?。目前，關(guān)于這種電流集中位置新生和變強(qiáng)、變?nèi)醣澈蟮奈锢頇C(jī)理還不明確。但這種電流集中位置的新生和移動(dòng)以及自熄滅在一些關(guān)于反向恢復(fù)動(dòng)態(tài)雪崩的文獻(xiàn)中也有出現(xiàn)。由于它們對(duì)原先主要的電流集中有分流的作用，因此或許有利于提高器件的抗E5D能力。不過(guò)從前看來(lái)，加了緩沖層對(duì)于提高器件的抗ESD能力還是很有好處的。



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