文档介绍：汽车电子器件在高温应用设计中的应用研究
 
   
 
 
 
 
 
 
 
     
 
 
 
 
 
 
 
汽车中使用的电子器件数量在不断增多，而且这一趋势也开始出现在一些由于环境恶劣而通常难以使用具有成本效益的电子器件的领域，例如，直接用于电机或变速箱、涡轮增压器或废气再循环系统中。业界一直希望出现外形小巧、经济的机电系统，这类系统可与电机一起直接安装在待驱动的机械装置上。
但是，由于汽车中这些区域的温度较高，必须采用特殊的高温电子器件（如工作温度为125℃或更高的电路）。150℃的环境温度指标一直被定为基本要求；不过，也有要求环境温度指标达到或超过175℃的情况。而在这样的温度下，单个电子元器件能满足高温要求是不够的，系统中包括驱动电路、电源电路和微控制器在内的所有器件都必须满足这些要求。这类系统的驱动芯片及供电芯片的功耗特别大，因而要求结温在175℃到200℃之间。
用于200℃结温的SOI技术
采用标准体效应材料（bulk material）制造的半导体元器件无法达到200℃的结温。这主要是因为半导体的漏电流在高温下会激增，而且随着温度升高，半导体器件将更容易出现闩锁效应。SOI（绝缘硅）材料相比体效应材料具有许多优势。体效应技术通常依赖于工作在截止区的PN结。而SOI技术提供了一种利用氧化物完全隔离各个器件（在水平和垂直方向）的方法（见图1）。
图1：SOI技术REM照片（活性硅片在水平和垂直方向都进行了隔离）。
采用SOI技术时，硅壁不会与基底接触，因而不存在相应的漏电流通道。而在传统的体效应技术中，硅片至基底存在漏电流通道，随着温度升高，这个通道的漏电作用会随PN结中的高温漏电流的增大而大幅增加。
图2：采用体效应硅和SOI硅片的65V高压晶体管的漏电流与温度对应曲线。
利用SOI技术将漏电流降至五十分之一
图2展示了采用SOI和体效应技术制造的高压晶体管中漏电流与温度的关系。采用SOI技术可将漏电流降低至五十分之一。而采用体效应技术时，晶体管在高温下的漏电流会增大到极高的水平。如前所述，除了漏电流增大之外，由于闩锁效应而导致电路损坏的风险也会随温度的升高而增加。闩锁效应是由寄生双极晶体管引起的，这是共衬底中N沟道和P沟道MOS晶体管的掺杂层结构所固有的问题，如图3所示。这种寄生双极晶体管可构成一个晶闸管，其对应的电路如图4所示。
图3：体效应技术中的寄生双极晶体管。
图4：寄生晶闸管。
在200℃以下实现无闩锁效应
晶闸管触发后会引起电源对CMOS器件的短路，这通常都会造成器件损坏。由于双极晶体管的电流增益为正温度系数，这种晶闸管的灵敏度会随温度上升而增大。采用SOI硅片并对垂直沟道充氧进行绝缘后，寄生双极晶体管就会完全失效，这样，晶闸管在高温下也能可靠地工作。（见图5）
图5： SOI-CMOS技术中的氧填充绝缘。
ESD保护对于汽车电子产品至关重要。SOI技术采用了介质隔离，因而基底上不会出现ESD脉冲放电。图6显示，这种技术不会影响器件满足最高级别的ESD保护要求。图中给出的ESD保护特征曲线表明，无需外加保护电路就可在系统级测试上达到6kV的稳定性。
成本压力是汽车制造中另一个重要方面。目前的观点是，在汽车中采用S