帶有電荷補償結構的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用有效地提高了反向擊穿電壓的同時降低了正向導通電阻,很大程度上打破了擊穿電壓和導通電阻之間的“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,將電荷補償概念應用在寬禁帶半導體SiC中卻很少有研究。為此,本文將電荷補償概念應用于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異質結光電功率晶體管、半超結及浮結S

2、iC肖特基勢壘二極管,建立了相關器件的解析模型,并利用商用模擬軟件在對器件靜態(tài)和動態(tài)特性分析的基礎上,完成了器件結構的優(yōu)化設計,對浮結SiC肖特基勢壘二極管進行了初步實驗驗證。主要結果如下:
　　1.提出帶有電荷補償層的SiCGe/SiC異質結光電功率晶體管,理論分析及數(shù)值計算證明該結構可以有效提高功率光電晶體管響應度及擊穿電壓,提高器件性能。討論了器件結構參數(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構的變化關系,討論了電荷不平衡對擊穿電壓的影響。反向恢復特性研究表明該結構可以有效的提高軟度因子,解決超結結構反向硬恢復問題。建立了器件的設計規(guī)則,為設計半超結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浮結結勢壘肖特基二極管。建立了器件通態(tài)比電阻與反向擊穿電壓解析模型,對器件結構進行了優(yōu)化設計。討論了工藝偏差對器件特性的

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