什么是超導(dǎo)理論？超導(dǎo)理論詳細(xì)分析！

本文中，小編將對超導(dǎo)理論予以介紹，如果你想對超導(dǎo)理論的詳細(xì)情況有所認(rèn)識，或者想要增進(jìn)對超導(dǎo)理論的了解程度，不妨請看以下內(nèi)容哦。

一、超導(dǎo)理論

超導(dǎo)態(tài)指某些物質(zhì)在一定溫度和磁場條件下（一般為較低溫度和較小磁場）電阻降為零，同時(shí)表現(xiàn)出完全抗磁性的狀態(tài)。超導(dǎo)態(tài)具有一系列臨界參量，如臨界溫度Tc、臨界磁場Hc、臨界電流密度jc等。必須同時(shí)低于三個(gè)臨界參量，超導(dǎo)態(tài)才能維持住，一旦材料的物理量超越臨界參量，超導(dǎo)態(tài)被破壞，變回不超導(dǎo)的正常態(tài)，此時(shí)恢復(fù)為有電阻態(tài)，磁通線也可以進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)部。

二、超導(dǎo)理論分析

功率器件要得到較高的擊穿電壓，就必須使用較厚的外延層漂移區(qū)與較低的摻雜濃度，常規(guī)VDMOS的特征導(dǎo)通電阻與擊穿電壓關(guān)系如下式所示：

因而特征導(dǎo)通電阻會隨著擊穿電壓的增大而急劇增大，對于常規(guī)結(jié)構(gòu)功率器件的導(dǎo)通電阻受此“硅限”的約束而無法進(jìn)一步降低。在傳統(tǒng)的VDMOS結(jié)構(gòu)中，阻斷狀態(tài)時(shí)漏端加高電壓，Pdody和N型外延層形成的PN結(jié)承受了這一電壓。如下圖左所示外延層的電場近似呈三角形分布，峰值電場出現(xiàn)在上述PN結(jié)處，減小漂移區(qū)的摻雜濃度和增大外延層厚度，可以增大擊穿電壓，但特征導(dǎo)通電阻與擊穿電壓成2.5次方關(guān)系增加。

圖:平面VDMOS結(jié)構(gòu)與超結(jié)MOSFET電場分布圖

為了減小功率器件漂移區(qū)的導(dǎo)通電阻，1988年飛利浦公司的工程師David J. Coe申請的美國專利，首次在橫向高壓MOSFET中提出采用交替的PN結(jié)結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)功率器件中低摻雜漂移層作為耐壓層的方法。 1993年，電子科技大學(xué)的陳星弼教授提出了在縱向功率器件中用多個(gè)PN結(jié)結(jié)構(gòu)作為漂移層的思想，并把這種結(jié)構(gòu)稱之為“復(fù)合緩沖層”（Composite Buffer Layer）。 1995年，西門子公司的J. Tihanyi申請的美國專利，提出了類似的思路和應(yīng)用。 1997年日本的學(xué)者Tatsuhiko等人對上述概念進(jìn)行總結(jié)，提出了“超結(jié)”（Superjunction）理論。

在超結(jié)VDMOS中，耐壓層由交替的高摻雜N柱和P柱構(gòu)成，且N柱和P柱中的摻雜總量相等。在導(dǎo)通狀態(tài)下，電流從源區(qū)經(jīng)N柱流到漏區(qū)，P柱中不存在導(dǎo)電通道，而在阻斷狀態(tài)下，超結(jié)VDMOS的漂移區(qū)通過P柱的輔助耗盡作用在較低漏電壓下就完全耗盡，由于完全耗盡，P柱與N柱的等量異種電荷相互抵消而實(shí)現(xiàn)電荷平衡，如上圖右所示電場在外延層漂移區(qū)中近似于處處相等，因而擊穿電壓約等于臨界電場與漂移區(qū)長度的乘積，這使得超結(jié)VDMOS的特征導(dǎo)通電阻與其擊穿電壓近似呈線性關(guān)系，而不是傳統(tǒng)器件的2.5方關(guān)系，進(jìn)而可以減小特征導(dǎo)通電阻。

對于超結(jié)VDMOS的比導(dǎo)通電阻與擊穿電壓的關(guān)系，可由下式表示：

其中，g為與元胞形狀有關(guān)的常數(shù)，取值范圍1~2.5；BVDSS為擊穿電壓，單位V；b為單位元胞寬度，單位μm；RDS(on,sp)的單位是mΩ.cm2。

圖:超結(jié)MOSFET突破常規(guī)VDMOS硅限

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