高壓4H-SiC BJT功率器件特性研究.pdf

1、碳化硅(Silicon Carbide,SiC)作為一種第三代半導(dǎo)體，具有禁帶寬度大、臨界擊穿電場(chǎng)大、熱導(dǎo)率大，使其特別適用于高溫高壓等領(lǐng)域中應(yīng)用。在SiC的多種同質(zhì)異型體中，4H-SiC具有較高的電子遷移率和較低的各向異性，使其更具有研究和商業(yè)價(jià)值。作為一種電流控制型器件，4H-SiC雙極型晶體管(4H-SiC BJT)具有較低的導(dǎo)通電阻、較低的開(kāi)態(tài)損耗以及不存在二次擊穿的優(yōu)點(diǎn)，但目前器件仍面臨著電流增益低，長(zhǎng)期工作下器件退化等問(wèn)題，

2、對(duì)4H-SiC BJT研究具有重要意義。
　　本文基于二維數(shù)值分析的方法，對(duì)4H-SiC BJT進(jìn)行了研究。為了得到較為準(zhǔn)確的仿真結(jié)果，首先建立了器件仿真模型并給出了參數(shù)，其中包括雜質(zhì)不完全電離模型、SRH及Auger復(fù)合模型等。其次，通過(guò)仿真分析了影響器件性能的參數(shù)，包括發(fā)射區(qū)、基區(qū)及漂移區(qū)參數(shù)對(duì)器件耐壓、導(dǎo)通電阻及電流增益的影響；以1200V4H-SiC BJT為目標(biāo)，優(yōu)化了器件參數(shù)，最終得到了共發(fā)射極電流增益為39，比導(dǎo)通電

3、阻為3.7mΩ·cm2，理想擊穿電壓為1580V的高壓4H-SiC BJT功率器件?？紤]邊緣電場(chǎng)集中，設(shè)計(jì)場(chǎng)限環(huán)和結(jié)終端擴(kuò)展兩種結(jié)終端，成功降低了電場(chǎng)峰值，避免了邊緣電場(chǎng)集中現(xiàn)象，兩種結(jié)終端的擊穿電壓都達(dá)到了1470V左右，達(dá)到了理想平行平面結(jié)的93％。
　　最后，針對(duì)外基區(qū)表面復(fù)合效應(yīng)導(dǎo)致低電流增益的問(wèn)題，本文從器件結(jié)構(gòu)和工藝兩個(gè)方向進(jìn)行了探討。在器件結(jié)構(gòu)方面，提出了發(fā)射極金屬延伸和 P型鈍化層兩種新型器件結(jié)構(gòu)；發(fā)射極金屬延伸結(jié)

4、構(gòu)通過(guò)控制外基區(qū)表面電勢(shì)調(diào)制表面載流子濃度分布，從而降低外基區(qū)表面復(fù)合速率。通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)外基區(qū)表面復(fù)合效應(yīng)明顯減弱，器件共發(fā)射極電流增益分別提高了63%。P型鈍化層新型器件結(jié)構(gòu)則是通過(guò)在外基區(qū)引入高濃度P型鈍化層，使外基區(qū)電阻大大降低，通過(guò)仿真優(yōu)化后的器件共發(fā)射極電流增益提高了117%。從工藝上，通過(guò)對(duì)比不同氧化退火實(shí)驗(yàn)條件下SiC/SiO2界面質(zhì)量發(fā)現(xiàn)，NO退火確實(shí)能減小界面態(tài)密度，這與之前報(bào)道文獻(xiàn)一致；另外適當(dāng)提高退火溫度能夠提高界