功率半导体器件的物理结构及其工作原理分析和功率半导体芯片清洗剂介绍

一、基础器件结构分类

1. 二极管（不可控型）

• 正向偏置时多子扩散导通，反向偏置时耗尽区展宽阻断电流。

• PIN结构的I层可承受更高反向电压，但反向恢复时间较长；肖特基二极管反向恢复快（10-40ns），但耐压较低（<200V）。

• PN结二极管：P型与N型半导体直接结合形成单结结构。

• PIN二极管：在P/N区之间插入低掺杂本征层（I层），扩展耗尽区宽度。

• 肖特基二极管：金属-半导体接触替代PN结，无少子注入。

• 物理结构：

• 工作原理：

2. 晶闸管（半控型）

• 导通：门极注入触发电流→内部形成正反馈（等效PNP+NPN晶体管互锁）→维持导通直至电流低于维持电流。

• 关断：需强制阳极电流降至零（被动关断）。

• 物理结构：PNPN四层三结结构，含阳极、阴极、门极。

• 工作原理：

二、全控型器件结构与原理

1. 功率MOSFET

• 导通：栅极正电压（>阈值Vth）→P区表面反型形成N沟道→电子从源极经沟道流向漏极。

• 关断：栅极电压归零→沟道消失→电流阻断。

• 垂直导电结构：源极（N+）、P型体区、栅极（多晶硅/金属）、漂移区（N-）、漏极（N+）。

• 先进类型：屏蔽栅沟槽MOSFET（SGT-MOSFET），通过沟槽栅压缩电场降低导通电阻。

• 物理结构：

• 工作原理：

2. IGBT（绝缘栅双极晶体管）

• 导通：栅极正电压形成沟道→电子注入N-漂移区→激发空穴注入（双极导通）→导通压降低于MOSFET。

• 关断：栅极电压归零→沟道消失→剩余载流子复合阻断电流。

• 四层PNP-N+结构（发射极/集电极等效），栅极控制类似MOSFET。

• 分PT型（N+缓冲层）与NPT型（无缓冲层）。

• 物理结构：

• 工作原理：

三、宽禁带半导体器件

1. SiC与GaN器件

• SiC MOSFET：纵向结构，高临界电场（3MV/cm）允许更薄漂移层，但栅氧界面缺陷影响可靠性。

• GaN HEMT：横向结构，AlGaN/GaN异质结形成二维电子气（2DEG）实现高电子迁移率。

• 结构特点：

• 优势：耐高温、高频开关、低导通损耗，适用于新能源与数据中心。

四、关键物理机制

1. 载流子控制

• 多数载流子器件（MOSFET、肖特基二极管）：仅依赖多子导电，开关速度快但导通电阻高。

• 少数载流子器件（IGBT、晶闸管）：少子注入增强导通能力，但关断需等待复合（拖尾电流）。

2. 终端与可靠性设计

• 边缘终端：斜面切割、场环结构分散电场，防止边缘击穿。

• 外延层优化：AlN缓冲层表面悬浮键处理（如Ga键替代-OH键）提升GaN外延质量。

五、性能对比与应用

功率半导体器件芯片清洗剂选择：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

运用自身原创的产品技术，满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求，打破国外厂商在行业中的垄断地位，为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

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