Avalanche Ruggedness of Local Charge Balance Power Super Junction Transistors

L'objectiu principal de la Tesi Doctoral és augmentar la fiabilitat dels transistors MOS de potència d'alta capacitat en tensió (600 V) basats en el concepte Super-Unió quan aquests components es sotmeten a les condicions més extremes en convertidors DC/DC i circuits reguladors del factor de potència, on el seu díode intrínsec ha d'absorbir una gran quantitat d'energia en molt poc temps. La Tesi s'ha realitzat en el marc d'una col·laboració entre l'Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNMCSIC) i ON Semiconductor (Oudenaarde, Bèlgica). El procés tecnològic dels nous transistors MOS de potència tipus Super-Unió dissenyats a ON Semiconductor (anomenats UltiMOS) ha estat optimitzat per tal d'incrementar-ne la seva robustesa, independentment del balanç de càrrega que existeixi al dispositiu. Els transistors són per aplicacions de 400 V de línia que requereixen una capacitat en tensió superior a 600 V i una resistència en conducció mínima per operar a alta freqüència. La tesis comença amb una introducció de l'estat de l'art dels transistors MOS dispositius Super-Unió, incloent-hi la tecnologia emprada pels competidors. A continuació es descriuen els paràmetres elèctrics i tecnològics de l'estructura i la seva repercussió en el comportament elèctric. El gruix de la recerca es centra en l'estudi de la física involucrada en els mecanismes de fallida a partir de simulacions TCAD i amb mesures experimentals d'on es conclou que és necessari aportar una solució tecnològica per tal d'augmentar la capacitat energètica dels transistors UltiMOS per obtenir una finestra prou àmplia del balanç de càrrega que en garanteixi la seva industrialització. Per dur a terme l'estudi de fiabilitat s'han fabricat a la Sala Blanca de ON Semiconductor diferents dispositius derivats del transistor UltiMOS (Transistors MOS convencionals amb porta en trinxera, Díodes Super-Unió i Transistors Bipolars Super-Unió). Tots els resultats derivats de mesures amb tècniques complementàries (Unclamped Inductive Switching, Emission Microscopy, Thermal Infrared Thermography, Transmission Line Pulse, Transient Interferometric Mapping, etc.), apunten en el mateix sentit: el corrent es focalitza en certes àrees del dispositiu, afavorint l'activació del transistor bipolar paràsit inherent a la pròpia estructura UltiMOS. S'han proposat dues solucions per augmentar la robustesa que, un cop demostrada la seva eficàcia, s'han incorporat al procés tecnològic definitiu que durà a la producció massiva d