帶有電荷補償結(jié)構(gòu)的SiC功率器件研究.pdf

1、電荷補償概念在Si基功率器件中的成功應(yīng)用有效地提高了反向擊穿電壓的同時降低了正向?qū)娮?很大程度上打破了擊穿電壓和導(dǎo)通電阻之間的“硅極限”,具有劃時代意義。隨著第三代寬禁帶半導(dǎo)體SiC材料商品化,越來越引起人們對SiC器件的研究興趣。但是,將電荷補償概念應(yīng)用在寬禁帶半導(dǎo)體SiC中卻很少有研究。為此,本文將電荷補償概念應(yīng)用于SiC基光電器件及肖特基勢壘二極管中,提出了具有電荷補償層的SiCGe/SiC異質(zhì)結(jié)光電功率晶體管、半超結(jié)及浮結(jié)S

2、iC肖特基勢壘二極管,建立了相關(guān)器件的解析模型,并利用商用模擬軟件在對器件靜態(tài)和動態(tài)特性分析的基礎(chǔ)上,完成了器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計,對浮結(jié)SiC肖特基勢壘二極管進行了初步實驗驗證。主要結(jié)果如下:
　　1.提出帶有電荷補償層的SiCGe/SiC異質(zhì)結(jié)光電功率晶體管,理論分析及數(shù)值計算證明該結(jié)構(gòu)可以有效提高功率光電晶體管響應(yīng)度及擊穿電壓,提高器件性能。討論了器件結(jié)構(gòu)參數(shù)對光電晶體管靜態(tài)和瞬態(tài)光電特性的影響。
　　2.理論分析及數(shù)值計

3、算獲得了半超結(jié)4H-SiC肖特基勢壘二極管通態(tài)比電阻與擊穿電壓隨器件結(jié)構(gòu)的變化關(guān)系,討論了電荷不平衡對擊穿電壓的影響。反向恢復(fù)特性研究表明該結(jié)構(gòu)可以有效的提高軟度因子,解決超結(jié)結(jié)構(gòu)反向硬恢復(fù)問題。建立了器件的設(shè)計規(guī)則,為設(shè)計半超結(jié)SiC肖特基勢壘二極管提供了理論依據(jù)。
　　3.考慮到工藝可行性,提出了4H-SiC浮結(jié)結(jié)勢壘肖特基二極管。建立了器件通態(tài)比電阻與反向擊穿電壓解析模型,對器件結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計。討論了工藝偏差對器件特性的

4、影響。提出了多層浮結(jié)結(jié)構(gòu),改善SiC中p+摻雜難,單層浮結(jié)電荷補償效果有限的問題。半超結(jié)和浮結(jié)肖特基勢壘二極管對比研究表明工藝可行性方面浮結(jié)優(yōu)于半超結(jié)。
　　4.在分析場板、結(jié)終端擴展及場限環(huán)終端結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出了適合于4H-SiC浮結(jié)結(jié)勢壘肖特基二極管的復(fù)合型平面終端結(jié)構(gòu)。設(shè)計了4H-SiC浮結(jié)結(jié)勢壘肖特基二極管工藝流程和版圖,進行了投片實驗。初步實驗結(jié)果表明,相比無浮結(jié)結(jié)構(gòu),具有浮結(jié)結(jié)構(gòu)的SiC結(jié)勢壘肖特基二極管反向耐壓由6