針對緩沖層改進的4H-SiC MESFETs新結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真.pdf

1、碳化硅作為第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料，表現(xiàn)出優(yōu)異的材料特性，且金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管器件頻率高、不易發(fā)生二次擊穿。4H-SiC MESFETs器件憑借輸出功率密度大、良好的熱傳導(dǎo)性和高可靠性等特性，在微波頻段的通信、雷達等設(shè)備中擁有廣泛的應(yīng)用。然而，陷阱效應(yīng)、表面態(tài)過高、電場轟擊效應(yīng)等因素會導(dǎo)致器件的輸出功率和頻率的下降，因此有必要改進器件結(jié)構(gòu)、提高器件性能。提高溝道厚度會導(dǎo)致相互制約、相互矛盾的結(jié)果：漏端輸出電流增加但擊穿電壓減少，柵源電容減

2、少但跨導(dǎo)也減少。因此，需要針對性地對緩沖層進行局部改進，還應(yīng)結(jié)合頂部改進才能解決上述制約關(guān)系。
　　本文首次提出了具有雙凹陷緩沖層和多凹陷溝道的4H-SiC MESFET結(jié)構(gòu)(DRB-MESFET)。仿真結(jié)果表明，凹陷源/漏漂移區(qū)能夠削弱柵極拐角處的電場集邊效應(yīng)，繼而提高器件的擊穿電壓。同時，凹陷的區(qū)域抑制柵耗盡層向源/漏兩側(cè)延伸，降低柵源和柵漏寄生電容，從而改善器件的頻率特性、提高小信號增益性能。另外，通過引入雙凹陷緩沖層，有效

3、溝道厚度變寬，電流得到提高，而柵極相對于溝道距離沒變，導(dǎo)致柵極對電流的控制作用變強，改善跨導(dǎo)特性。與僅含有凹陷源/漏漂移區(qū)的結(jié)構(gòu)相比較，柵源電容基本保持不變，而漏端輸出電流和跨導(dǎo)顯著提高，使得器件的直流特性和頻率特性有顯著的提升。與傳統(tǒng)的雙凹柵結(jié)構(gòu)（DR-MESFET）相比較，DRB-MESFET結(jié)構(gòu)比漏端飽和電流提高38％，擊穿電壓提高27％，最大功率密度提高74％，柵源電容減少32％，并且截止頻率和最大振蕩頻率分別從16.7、57.

4、2GHz提高到24.7、63.9GHz。
　　本文首次提出一種新的具有Γ柵凹陷緩沖層的4H-SiC MESFET結(jié)構(gòu)(ΓRB-MESFET)。通過改變高柵、低柵相對溝道表面的位置，使得柵下的溝道厚度變大，得到更大的漏端輸出電流。低柵源側(cè)不再向下凹陷，減少該處的電場集邊效應(yīng)，提高器件的擊穿電壓。同時緩沖層向溝道凹陷，使得低柵與溝道底部的相對距離保持不變，確保溝道電流能夠有效地被柵壓控制，從而提高器件頻率特性。仿真結(jié)果表明，ΓRB-M