倪光楠、陆佳杰、秦远山、陆先进、林淑仪,这些跟着韩栋一路从无到有打下江山的老将,此刻脸上满是焦虑。
而那位从哈工大请来的半导体专家林教授,更是眉头紧锁,面前的笔记本上画满了各种叉号。
“我知道你们担心什么。”
韩栋的声音打破了沉寂。
“但我们首先要搞清楚一件事。”韩栋背对着众人,声音平静。
“选择GTO,启航面对的是一堵墙,一堵西门子、川崎他们用专利和技术壁垒砌起来的墙。
即便撞得头破血流,也撞不开一条缝。”
“而选择IGBT,面对的是一片无人区。
尽管荆棘丛生没有道路,但足够广阔,足够启航走出一条自己的路。”
说完韩栋不再多言,转身面对白板。
白板上,是陆佳杰刚刚画出的,教科书上最标准的平面栅IGBT结构示意图。
韩栋抬起手,用板擦毫不犹豫地将那幅图整个擦掉。
这个动作,让林教授的眼皮猛地一跳。
擦掉现有技术?他想干什么?
在众人惊疑的注视下,韩栋落笔了。
他的笔速不快,但每一根线条都精准而稳定。
他没有画传统的平面结构,而是画了一个仿佛用刻刀深深切入硅片内部的垂直结构。
一个凹字形的栅极,被埋入了芯片的表层之下。
“这是……”
林教授下意识地身体前倾。
他认得这个结构!
在今年最新一期的《IEEE电子器件汇刊》上,一篇来自贝尔实验室的论文中,曾提出过这种沟槽栅的理论猜想。
但那只是一页纸的理论推演,连一张像样的仿真图都没有!
可现在,韩栋画出来的,不仅仅是一个简单的凹槽。
他在栅极侧壁画出了氧化层,标注了多晶硅填充,甚至在沟槽底部,画出了一个用于缓解电场集中的P+屏蔽层。
这……这不是一个猜想,这是一张完整的、细节到纳米级的工程设计图!
“传统的平面栅结构,元胞密度被光刻工艺限制死了。”
韩栋一边画一边讲解。
“电流需要横向流过沟道,再垂直向下。
路径长,电阻大,导通损耗居高不下。
这就是为什么现在600V的IGBT,导通压降还在3V以上,发热量居高不下。”
“但沟槽栅不一样。”
他的笔尖点在那个垂直的栅极侧壁上。
“沟道是垂直的,电子从源极出发,直接垂直向下进入漂移区。
路径缩短了90%,元胞密度可以提高三到五倍。
理论上,同等芯片面积,通流能力可以翻倍,导通压降能降到2V以下。”
林教授的呼吸开始急促。
这些理论他都懂。
但他从未想过,有人能把一个停留在纸面上的猜想,如此清晰地具象化出来。
“但这解决不了耐压问题!”林教授终于忍不住开口。
“沟槽栅的底部是尖角,会产生严重的电场集中效应,电压稍高,就会在这里被击穿,这是沟槽结构无法绕开的死穴!”
会议室里所有人都看向韩栋,等待他的回答。
“林教授说得对。”
韩栋点了点头,非但没有反驳,反而表示了赞同。
他随即在白板的另一侧,画出了N型漂移区的电场分布曲线。
在沟槽底部,他画出了一个尖锐的峰值。
“按照传统设计,确实如此。”
话锋一转。
“但如果不让电场分布到那里呢?”
韩栋的笔尖,在N-漂移区的底部,重重地画下了一条线。
“在这里引入一个极薄的重掺杂的N+层。
我叫它场截止层。”
“场截止层?”林教授喃喃自语,这个名词他闻所未闻。
“它的作用,就像一道堤坝。”韩栋解释道。
“当器件处于关断状态,承受高压时,空间电荷区耗尽层会向N-漂移区扩展。
但扩展到场截止层时,就会被这道堤坝挡住,无法继续向下延伸。”
“如此一来,就可以大幅削薄N-漂移区的厚度,同时还能维持极高的耐压。
原本需要200微米厚的漂移区才能承受3300V,现在也许80微米就够了。”
“漂移区薄了,导通电阻自然就下来了。”
韩栋的笔尖回到那张电场分布图上,将那个尖锐的峰值抹平,画出一条平缓得多的曲线。
“由于电场被限制在漂移区内,整体分布会变得非常均匀,沟槽底部的电场集中问题,迎刃而解。”
“嘶!”
林教授倒吸一口凉气,猛地从椅子上站了起来,三步并作两步冲到白板前。
他的手指颤抖着,抚过白板上那完美的结构图,嘴唇哆嗦着,一个字也说不出来。
天才!
不,这已经不是天才可以形容的了!
沟槽栅结构,解决了通流能力。
场截止技术,解决了耐压和导通损耗的矛盾。
这两个思想,任何一个单独拿出来,都足以在世界半导体领域掀起一场革命。
可现在这个不到三十岁的年轻人,将它们完美地融合在了一起,构筑出一个他连做梦都不敢想的,理论上近乎完美的功率器件!
陆佳杰和秦远山等人看不懂那些复杂的物理图形,但他们看得懂林教授的表情。
那是见到了神迹的表情。
是毕生信仰被颠覆,又在废墟上看到一座更辉煌神殿的表情!
“理论……理论上可行……”
林教授像是在梦呓。
“可是,工艺呢?场截止层的厚度和掺杂浓度怎么控制?
N-漂移区的浓度梯度,怎么设计才能让电场最优分布?”
韩栋仿佛早就料到他会这么问。
他转过身,在白板的空白处,写下了一行公式:
“这是N-漂移区的变掺杂浓度梯度模型。”
林教授的瞳孔骤然收缩!
他刚想问那个指数怎么确定,韩栋已经写下了第二行。
“这是最大电场强度的计算公式。”
紧接着,第三行,第四行……
薛定谔方程、泊松方程、载流子输运方程……
一个个复杂到让物理系博士都头皮发麻的偏微分方程组,被韩栋行云流水般写在白板上。
他不是在推导,更像是在默写!
众人一时间看呆了。
可以说不管任何领域的精英,他们从未见过这些复杂的公式,甚至没有听说过!
沟槽栅结构、场截止技术、变掺杂浓度梯度模型……
这些名词,任何一个都足以支撑起一篇博士论文。
而韩栋在不到十分钟的时间里,将它们行云流水般地组合在一起,构建出一个逻辑上完美自洽,性能上足以颠覆整个电力电子行业的全新器件。
他不是在推导,更像是在复述一个已经存在的事实。
林教授的手指悬在白板前。
韩栋写出来的不是教科书上的标准形式,而是针对沟槽栅IGBT这个具体结构,做了边界条件修正的耦合方程组。
每一个参数的下标,每一个积分的上下限,都精准无比。
“这……这是完整的物理模型。”林教授的声音在发抖。
他在哈工大教了三十年书,带过的博士生里有两个去了中科院微电子所。
可他从未见过哪个人,能把器件物理的数学模型推导到这个程度。