在芯片制造中，主要有两种物理机制主导了击穿的发生：

雪崩击穿：这是最常见的一种机制。想象一下，在PN结的高电场区域，一个自由载流子（如电子）被电场加速，获得极高的能量。当它撞击晶格原子时，能将价带电子“撞”出来，产生新的电子-空穴对。这些新生载流子又被电场加速，去撞击产生更多的载流子。如此循环，载流子数量像雪崩一样呈指数级增长，电流瞬间激增，形成击穿。雪崩击穿电压强烈依赖于材料的掺杂浓度——浓度越高，耗尽区越窄，电场越强，击穿电压越低。

隧穿击穿：当PN结两侧掺杂浓度都极高时，耗尽区变得非常薄。在相对较低的电压下，能带会发生严重弯曲，使得P区价带顶的能量高于N区导带底的能量。此时，价带中的电子无需获得额外能量，而是凭借量子隧穿效应，直接穿过这个极薄的势垒区到达导带，形成大的隧穿电流。这种击穿通常发生在低压、重掺杂的结中。

影响击穿电压的关键因素

芯片设计师和工艺工程师通过多维度因素来设定和调控BV：

1. 材料本身：材料的临界击穿电场强度是根本。硅的临界电场约为0.3 MV/cm。而第三代半导体碳化硅的临界电场高达约3 MV/cm，是硅的10倍。这意味着，在相同的耐压下，SiC器件的漂移区可以做得比硅器件薄得多、掺杂高得多，从而在实现高BV的同时，大幅降低导通电阻。

2. 结构与掺杂：对于PN结，掺杂浓度是最直接的影响因素。浓度越高，耗尽区越窄，电场越集中，BV越低。对于功率MOSFET等器件，漂移区的长度和掺杂分布是关键。更长的轻掺杂漂移区，能支撑更高的电压。此外，结的曲率至关重要：平面结的BV最高，而实际芯片中结的终端（如台面边缘、扩散窗口角）存在曲率，电场会在此集中，导致BV降低。因此，“终端技术”（如场板、场环、结终端延伸）是提升实际器件BV至接近理论值的核心。

3. 表面与界面：半导体表面的状态对BV有巨大影响。表面的电荷、污染物或缺陷会在表面感应出反型层或积累层，改变表面电场分布，导致表面提前击穿，使BV远低于体内理论值。因此，芯片表面的钝化保护层（如二氧化硅、氮化硅）的质量和稳定性至关重要。

4. 工艺与缺陷：制造过程中的缺陷，如晶体位错、金属杂质、氧化层中的电荷等，会成为载流子的产生-复合中心或电场增强点，在局部形成薄弱环节，诱发提前击穿，降低产品的良率和可靠性。

制造中的控制与挑战

在芯片制造中，确保BV的一致性和高良率是一项系统工程。它始于设计阶段对掺杂剖面和终端结构的精确仿真。在工艺中，则依赖于离子注入剂量的精确控制、外延层厚度与掺杂的均匀性、高温退火的完美激活，以及洁净无缺陷的工艺环境。

随着工艺节点的不断进步，器件尺寸微缩，内部电场强度随之剧增，BV的维护变得越来越具有挑战性。工程师们必须采用更先进的电荷平衡技术（如超结结构）来重塑电场分布，或转向宽禁带半导体材料（如SiC、GaN），从根本上提升材料的耐压能力。