側護環深度

5.2.5.1 元件結構與預期結果

Figure 5.24: TCAD 之 I-V 電性圖 如擴散順序差異圖（4.14）所示，先擴散

側護環者，側護環經歷擴散時間較長。極端而 言，倘若沒有側護環，那麼當元件偏壓越來越 大時，寬度不大的中央區很可能沒有足夠大的 空乏區影響懸護環，並且也會讓中央區發生邊 緣崩潰。因此我們預期，先擴散側護環，使得 側護環較深者，擁有較大的崩潰電壓，即抑制 了邊緣崩潰。因此，我們藉由 Taguchi 游離係 數 [108] 與 TCAD，模擬了不同側護環深度的 結構，其中，中央區倍增層厚度均為 0.4 µm，

如圖（5.25）所示。

(a) 摻雜濃度分佈圖 (b) 40 V 時之電場分佈圖

Figure 5.25: TCAD 摻質濃度與電場模擬。白色細線為空乏區邊界，區域顏色越紅 則該物理量越大，顏色越藍則越小。

由其 I-V 圖（5.24）可清楚看見，側護環確實能夠提升崩潰電壓。雖然此崩 潰電壓仍低於圖（5.6）中的理想中央區崩潰，但卻明顯比其邊緣崩潰電壓——圖

（5.24）中藍線——還要高出 5 V 左右。進一步而言，圖（5.26）為倍增層的中央 區與邊緣區的電場變化圖，圖（5.26a）為取點位置，而圖（5.26b）則為中央區與 邊緣區電場的比例分佈，可看見側護環越深，邊緣之於中央電場比值越小，所以 邊緣崩潰的抑制效果越好。

(a) 中央電場與邊緣電場的取點位置 (b) 中央電場與邊緣電場之分佈圖 Figure 5.26: 中央電場與邊緣電場隨元件偏壓的變化

除了由邊緣電場與中央電場的比例變化來分析側護環效果以外，也可以用增 益來觀察其效果。我們以圖（5.26a）中兩點之鉛直切線上的各電壓下的電場分佈，

代入方程式（4.14）以計算元件實際電洞增益 M_p。如圖（5.27a）所示，可見側護 環能抑制邊緣增益，並且中央增益下降幅度較小，所以確實能有效提高元件整體 增益，詳見第5.2.8節。此外，通常以擊穿後的光電流平坦區作為增益為 1 的參考 點，如圖（5.27b）所示，然而，只要有電場，元件實際增益就必然大於 1。從圖

（5.27a）也可看見，元件在擊穿後的增益為 1.37− 1.41，所以若將光電流平坦區起 點增益定為 1，再將後續電流與其相除計算相對增益，那麼其相對增益必然小於 實際增益，可參考第5.2.8節的說明。

(a) 邊緣與中央增益變化示意圖 (b) 暗電流平坦區之單位增益示意圖 Figure 5.27: 增益變化示意圖

5.2.5.2 量測結果與分析

圖（5.28）與圖（5.29）為側護環深度實驗數據圖。圖中的 Active→AGR 是指 先擴散主動區，再擴散側護環的元件，也就是側護環深度較淺的元件。由圖可見 深側護環的崩潰電壓較大，與前述模擬結果相同。由此可知，深側護環較能夠抑 制邊緣崩潰，而對於擊穿電壓則似乎沒有顯著影響。

Figure 5.28: 擊穿、崩潰與降電流電壓分佈圖（不同主動區直徑）

Figure 5.29: 擊穿、崩潰與降電流電壓分佈圖（不同懸護環距離）