4H-SiCPiN二極管高溫可靠性研究.pdf

1、碳化硅(SiC)材料憑借其優(yōu)越的性能，成為極具潛力的第III代半導(dǎo)體材料，在航空航天、控制系統(tǒng)、通訊等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。不同于只能工作在200℃以下結(jié)溫的傳統(tǒng)Si基器件，SiC器件的穩(wěn)定性高，可靠工作的溫度范圍跨度大，在極端工作溫度下有著出色的表現(xiàn)。然而在實(shí)際應(yīng)用中碳化硅器件及其電路會因?yàn)楸旧砩釂栴}出現(xiàn)嚴(yán)重的退化。因此，研究SiC器件的溫度可靠性及其失效機(jī)制對分析和改善其高溫性能具有重要的參考價(jià)值。本文主要從理論方面對4H-SiC

2、 PiN二極管的高溫特性、自熱效應(yīng)以及封裝熱阻等方面進(jìn)行了建模分析。
　　本文主要利用SENTAURUS-TCAD器件仿真工具對4H-SiC PiN功率二極管進(jìn)行熱力學(xué)模型的研究和構(gòu)建，著重對于不同溫度下二極管正向直流特性進(jìn)行了仿真分析，模擬了電流密度對器件晶格溫度梯度分布的影響作用，以及不同水平電流密度下不同溫度對二極管正向直流特性的影響。結(jié)果表明，當(dāng)二極管導(dǎo)通后，其截面產(chǎn)生較大的熱通量促使器件內(nèi)部晶格產(chǎn)生溫度梯度分布，積累的熱

3、量迅速提升了器件的結(jié)溫，環(huán)境溫度越高，器件內(nèi)外溫度梯度越小，熱耗散越不容易進(jìn)行而導(dǎo)致電流加劇退化甚至熱失控。接著擴(kuò)展討論不同類型的 SiC器件的熱失控問題，這對以后深入研究SiC器件可靠性以及應(yīng)用具有極大的參考價(jià)值。
　　基于有限元分析法利用ANSYS14.0熱分析工具研究了不同因素對器件封裝熱阻的影響。采用TO（Transistor Out-line）系列封裝為代表的塑封插裝型，通過有限元分析方法建立了4H-SiC PiN功率二