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随着化石燃料的逐渐枯竭和环境污染问题的日益凸显,新能源的开发已迫在眉睫,作为清洁能源的代表——太阳能,正成为新能源开发的主要研究方向。研究发现太阳能光伏阵列中普遍应用的保护二极管是影响太阳能电池发电效率以及光伏电路稳定工作的重要器件。传统工艺中采用肖特基二极管来作为保护二极管,但肖特基二极管势垒较低,存在较大反向漏电流。因此,本文提出了太阳能电池用新型势垒二极管结构,该结构与VDMOS工艺兼容,开启电压较低且可调节,反向漏电流很小,有广阔的市场应用前景。
本文首先对新型势垒二极管的结构进行了理论分析,重点分析了开启电压与衬底偏置效应、衬底掺杂浓度和栅氧化层厚度之间的关系,分别给出了器件正向压降随栅氧化层厚度变化的曲线和随衬底掺杂浓度变化的曲线;同时,提出了降低器件导通电阻的工艺参数优化方法;器件反向偏置时与截止态VDMOS相同,具有较小的反向漏电流,在器件终端结构设计中,提出了分压环与槽相结合的结构,与常规的终端结构相比较减小了芯片尺寸;从理论上,分析了新型势垒二极管反向恢复时间短和反向恢复电流小的特点。
本文然后通过计算机辅助设计,使用工艺仿真软件TSUPREM-4和器件仿真软件 MEDICI对VDMOS型新型势垒二极管的正向特性和反向特性进行了仿真,分别给出了P-body与N+区离子注入剂量、能量、推进温度和时间与器件特性之间的关系曲线。
本文最后对10A75V新型势垒二极管进行了版图设计,分别绘制了元胞尺寸为1.4μm和1.8μm的新型势垒二极管版图,并进行了试制,测试结果表明各项电学参数基本满足设计要求。