Новая серия отечественных DMOSFET силовых транзисторов

Александр Гордеев

Валерий Чукин

Юрий Обмайкин

Геннадий Кирсанов

Павел Машевич

Алексей Алферов

Татьяна Крицкая

ВОАО «Ангстрем» создана серия DMOSFET-кристаллов с проектными нормами 0,8–1,2 мкм на напряжения 30, 60, 100, 200, 600, 800 и 1200 В. Чипы выполнены по планарно-эпитаксиальной технологии, методом тройной односторонней ионной имплантации (диффузии). Затворная DMOS-ячейка имеет подзатворный слой SiO₂ толщиной 0,08 мкм, а в качестве электродной области использован высоколегированный поликремний толщиной до 0,4 мкм, который обеспечивает необходимое фиксированное положение уровня Ферми запрещенной зоны полупроводника на границе раздела Si – SiO₂, высокую проводимость и равномерное распределение зарядов на поликремниевой обкладке затвора. Специальная технология ионной обработки границы раздела Si – SiO₂ обеспечивает минимизацию плотности зарядовых состояний на границе раздела, стабильность положения плоских зон, фиксацию и юстировку порогового напряжения на достаточно низком уровне с минимальным разбросом и практически нулевым C-V гистерезисом. Одним из достижений данной технологии является резкое улучшение стойкости новых DMOSFET-структур к спецфакторам. По своим подходам в области радиационностойких DMOS-технологий ОАО «Ангстрем», наряду с фирмой International Rectifier (США), заняло лидирующие позиции в мире.

Периферия высоковольтного планарного p—n-перехода выполнена по стандартной схеме: с применением делительных p⁺-типа колец и пассивацией, подобной SIPOS. Металлизация кристаллов удобна как для исполнения данных кристаллов в корпусах типа SMD, ТО, SO, D²PAK и других, так и для непосредственного поверхностного монтажа на платы из металлокерамики или оксида алюминия мощных силовых микросборок для импульсных источников питания с очень высокой удельной энергомощностью — до 7–8 кВт/дм³. Конструкторско-технологические итоги разработки бескорпусных n-канальных DMOSFET кремниевых кристаллов приведены в утвержденных технических условиях АЕЯД.432140.486ТУ-ЛУ на кристаллы транзисторов 2П831А-5, 2П832А-5, 2П833А-5, 2П834А-5. 2П835А-5, 2П835Б-5, 2П836А-5.

Основным результатом ОКР стало создание серии дискретных DMOSFET-приборов для спецтехники — транзисторов 2П829А-Ж, А9-И9 в различных корпусных исполнениях, которые фактически, наряду с выпускаемыми ОАО «Ангстрем» DMOSFET-устройствами, закрывают почти весь ряд MOSFET дискретных компактных приборов для разработок в области импульсных источников питания и различных видов ВЧ преобразовательной техники.

В таблицах 1, 2 приведены основные статические и динамические параметры транзисторов 2П829А-Ж, А9-И9 и варианты их конструктивного исполнения.

Таблица 1. Основные статические параметры DMOSFET транзисторов 2П829А-Ж, А9-И9

Таблица 2. Основные динамические параметры DMOSFET-транзисторов 2П829А-Ж, А9-И9

Транзисторы 2П829А-Ж, А9-И9, согласно утвержденным в ноябре 2008 года техническим условиям АЕЯР.432140.469ТУ, выполнены как в металлокерамических герметичных корпусах КТ-95 (SMD-2), КТ-43 (ТО-247), КТ-97 (ТО-254) в соответствии с ГОСТ 18472-88, так и во вновь разработанных Донским заводом радиодеталей корпусах КТ-106 (SMD-аналог —SHD-6), КТ-105-01 (ТО-259) по заказу ОАО «ОКБ “Искра”» и ОАО «Ангстрем». Сборка и монтаж в корпусах (рис. 1–5) чипов 2П831А-5, 2П832А-5, 2П833А-5, 2П834А-5. 2П835А-5, 2П835Б-5, 2П836А-5 обеспечивают очень высокие механические и климатические свойства, а также исключительную энергоциклостойкость (свыше 10⁴ циклов при Δt =100 °С). Сборка приборов осуществляется по бессвинцовой технологии.

Исключительное значение имеют результаты испытаний на воздействие специальных факторов, что позволяет рассматривать указанные транзисторы как перспективную элементную базу при модернизации и создании системы «ГЛОНАСС-К» и другого спутникового оборудования. Гарантируется надежная работа в условиях космического пространства до 18–20 лет (свыше 1 Мград).

Надежность транзисторов подтверждена испытаниями в соответствии с требованиями комплекса стандартов «Климат-7» со значениями характеристик по группе унифицированного исполнения 6У:

• пиковое ударное ускорение 4У;
• уровень звукового давления 5У;
• линейное ускорение 4У.

Опыт работы с предприятиями ВПК показывает, что наибольшей популярностью у разработчиков питания при использовании MOSFET-приборов по типу 2П829 пользуются управляющие драйверы типа IR2110, IR2113, IR2233 и другие. Данные драйверы обеспечивают пиковый ток до ±2–3 А. Быстро перезарядить входные емкости MOSFET от 7 до 12,5 нф такими устройствами, конечно, сложно. По этой причине для построения ВЧ-коммутации на частотах вплоть до 500 кГц целесообразно использование более мощных драйверов — аналогов приборов фирмы IXYS по типу IXBD4410/IXBD4411, IXDD408, IXDD414, способных перезаряжать входные емкости затвор-исток MOSFET вплоть до 30 нанофарад за 30 наносекунд. Это позволит существенно снизить зависимость переходных динамических процессов от ключа по типу 2П829 и уделить основное внимание виду нагрузки.

Необходимо также отметить, что специалисты ОАО «ОКБ “Искра”» разработали дополнительное испытательное оборудование, обеспечивающее необходимые условия для квалификационных и последующих периодических испытаний. Это стенды для проведения испытаний на безотказность и долговечность, энергоциклостойкость, измерение теплового сопротивления по параметрам встроенного диодного p-n-перехода и пороговому напряжению.

Коллектив разработчиков также благодарит ОАО «Электронстандарт», ФГУП ЦНИИИ22, предприятия Минатома, а также ряд предприятий ВПК, в частности, предприятия ОАО «Концерн ПВО “Алмаз-Антей”» и Роскосмоса, за проявленную оперативность при проведении стыковочных аппаратурных испытаний.