【摘要】：現(xiàn)今,在核能,冶金,化工,航空航天等很多行業(yè)中電子設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程必須面臨高溫工作環(huán)境。高溫工作環(huán)境對(duì)電子設(shè)備穩(wěn)定性提出了較高的要求,為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電子設(shè)備的工作狀態(tài),避免隨時(shí)發(fā)生的波動(dòng)、失效等狀況,工業(yè)上必須對(duì)電子傳感器的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。因此,研究可以適應(yīng)高溫環(huán)境的電路單元尤為必要。橋式整流器電路常用于將交流電路輸出的低電壓交流電轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)性直流電,它在直流電機(jī)調(diào)速、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)以及電鍍等眾多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。本文的目標(biāo)為研究能在500℃、220V、50Hz條件下正常工作的橋式整流器。利用SOI技術(shù)可以將Si半導(dǎo)體的電子元件最高工作溫度提升至200 ℃,但是相比于航天、鉆探等領(lǐng)域?qū)Ω邷氐男枨筮�有很大的差距。SiC相比于Si材料,在熱導(dǎo)率、本證載流子濃度等方面有著更好的特性,這使得SiC器件比Si材料器件的理論工作溫度上限更高(～1000℃),本文利用4H-SiC對(duì)橋式整流器進(jìn)行了設(shè)計(jì),以期能達(dá)到目標(biāo)要求。除此之外,最大的挑戰(zhàn)在于制備熱穩(wěn)定的歐姆接觸,本文提出了兩種同時(shí)形成N型和P型的耐高溫歐姆接觸方案,并且可以穩(wěn)定工作在空氣環(huán)境下。1、本文對(duì)組成橋式整流器的PiN單元進(jìn)行了設(shè)計(jì)。按照橋式整流器能適應(yīng)500℃、220V、50Hz工作條件的目標(biāo),依據(jù)對(duì)PiN二極管的仿真結(jié)果,確定了各外延層的厚度與摻雜濃度。簡(jiǎn)單分析了器件的三種熱失效機(jī)制對(duì)器件的影響。2、本文提出了一種可以同時(shí)制備N型和P型的耐高溫歐姆接觸多層金屬組合方案:Pt/TaSi2/W/Ni/SiC,經(jīng)975℃、1min退火測(cè)得N、P型歐姆接觸比接觸電阻分別為4.0×10-4 Q·cm2和1.3×10-3 Q·cm2。在500℃、空氣氛圍中做300h老化測(cè)試過(guò)程中每50h進(jìn)行一次測(cè)試,結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)的比接觸電阻值基本維持不變。掃描電鏡(SEM)圖像顯示金屬表面在300h老化之后仍然穩(wěn)定、平滑。經(jīng)AES分析得知Pt/TaSi2/W/Ni/SiC結(jié)構(gòu)在500℃空氣環(huán)境中保持良好的熱穩(wěn)定性的原因在于,阻擋層TaSi2/Pt在退火過(guò)程中合金生成的二元物相Pt2Si起到了阻擋O原子向SiC界面擴(kuò)散的作用,以及W的抗氧化作用,使得歐姆接觸金屬/SiC界面層的質(zhì)量在老化實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不被影響。3、針對(duì)Pt/TaSi2/W/Ni/SiC方案P型比接觸電阻值較低的情況,提出了多層金屬方案Pt/TaSi2/Al/Ti/Ni/SiC來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)分析認(rèn)為N型Pt/TaSi2/Al/Ti/Ni/SiC形成歐姆接觸的臨界溫度為950℃,經(jīng)950℃快速退火后提取的N型和P型比接觸電阻值分別為2.3×10-4 Q·cm2和1.2×10-4 Q·cm2。退火過(guò)程中P型結(jié)構(gòu)比接觸維持穩(wěn)定,n型結(jié)構(gòu)比接觸電阻逐步增大。經(jīng)800℃退火后的P型比接觸電阻為4.3×10-5Q·cm2,且在退火過(guò)程中比接觸電阻與表面結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)良好。本文認(rèn)為,由于不同類型材料勢(shì)壘的差別,形成歐姆接觸需要不同的退火溫度,為了在同等條件下制備歐姆接觸,本實(shí)驗(yàn)里Al的比例需要嚴(yán)格控制,過(guò)多是造成樣品退化的主要原因,過(guò)少是為N、P型材料未同時(shí)生成良好歐姆接觸的主要原因。Ni/Ti/Al比例為3:1:3時(shí)結(jié)果相對(duì)較好,而更嚴(yán)格的比例數(shù)據(jù)需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)補(bǔ)充。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM461
【圖文】：

因此，研究可以適應(yīng)高溫環(huán)境的電路單元尤高溫工況條件的傳感器以適應(yīng)以上需求。逡逑器件以及集成電路的最高工作環(huán)境溫度為１２５°Ｃ，航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、原子能發(fā)電站控制裝備等方面需要的研究開(kāi)發(fā)環(huán)境達(dá)到５００°Ｃ甚至更料來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。４Ｈ－ＳｉＣ材料由于寬禁帶、選材料，為新技術(shù)的研發(fā)也提供了良好的基礎(chǔ)１４］氋溫應(yīng)用優(yōu)勢(shì)逡逑步，硅（Ｓｉ）材料功率器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝決定的理論極限束縛了邋Ｓｉ基器件的發(fā)展，因此，功率器件實(shí)現(xiàn)更大的跨越很難實(shí)現(xiàn)。而以碳化材料，擁有良好的物理、電學(xué)特性。這為功率。逡逑

應(yīng)用、高溫可靠性方面的研究取得了一些不錯(cuò)的進(jìn)展。２００７年，ＴｓｕｙｏｓｈｉＦｕｎａｋｉ等人逡逑對(duì)串聯(lián)電阻特性受溫度影響的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)報(bào)道［１８］。２００８年，Ｐｈｉｌｉｐ邋Ｇ．Ｎｅｕｄｅｃｋ等逡逑人基于ＳｉＣ邋ＪＦＥＴ制作的差分放大器展現(xiàn)了優(yōu)秀的電學(xué)特性與高溫穩(wěn)定性［１３］，如圖１．２逡逑與圖１．３所示。在５００°Ｃ、空氣條件下持續(xù)老化３０００小時(shí)，電路單元的跨導(dǎo)、飽和漏逡逑源電流等電學(xué)特性退化不足１０％。２０１２年，Ｃｈｉａ－ＷｅｉＳｏｏｎｇ等人基于ＳｉＣＪＦＥＴ所制逡逑作的電路單元：反相器、與非門(mén)、或非門(mén)在５５０°Ｃ條件下展現(xiàn)了良好的電學(xué)特性［１１逡逑２０１６年，Ｌｉａｎｇ－Ｙｕ邋Ｃｈｅｎ等人所報(bào)道的利用陶瓷封裝基于ＭＥＳＦＥＴ的５００°Ｃ低頻交流逡逑電壓放大器做了邋４３０小時(shí)的老化試驗(yàn)，５００攝氏度、１００Ｈｚ時(shí)X椧嫖罰郟玻牽蕁？杉櫻椋緬義喜牧咸匭暈櫻椋酶呶縷骷難繡炒螄鋁嘶�，并沁b櫻椋貌牧細(xì)呶縷骷笛槭倚匝芯懇彥義暇〉昧艘歡ń埂ｅ義希茫蓿危矗裕卞危ǎ蓿輳錚椋裕椋恚穡椋幔睿裕╁義稀懾澹擔(dān)澹靛危靛澹澹擔(dān)灣危停蕖�，ｔ…辶x希皰澹澹簦穡邋澹煎澹插澹劐澹保埃薄輳澹叮稿澹穡礤義希穡澹簦穡邋澹澹保埃保櫻哄澹卞澹穡礤義希ǎ幔╁澹叮齲櫻椋緬澹皰澹簦穡邋澹鰨幔媯澹潁澹矗埃板澹穡礤危擼耄猓╁五五巍鰣澹懾義賢跡保步嶁統(tǒng)⌒в騫埽ǎ幔┖嶠孛媸疽饌跡ǎ猓┕庋暈⒄掌義希殄澹蟈濉誨濉觥板澹皺澹蟈

本文編號(hào)：2749085