本文關(guān)鍵詞：高壓4H-SiC PiN二極管的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：碳化硅(Silicon Carbide,SiC)材料因其禁帶寬度大、高臨界擊穿電場、高熱導(dǎo)率和電子飽和漂移速度大等優(yōu)越的電學(xué)和物理特性,在高溫、高壓、大功率和高頻領(lǐng)域的應(yīng)用前景極其廣闊。4H-Si C PiN二極管具有高于Si器件2-3個(gè)數(shù)量級(jí)的開關(guān)速度、高結(jié)溫承受能力、高電流密度和更高的功率密度,因此SiC PiN功率整流器在電力電子領(lǐng)域有著非常大的發(fā)展?jié)摿脱芯績r(jià)值。國內(nèi)SiC PiN器件目前尚處于初步研發(fā)階段,遠(yuǎn)落后于國外,本論文旨在對高壓4H-Si C PiN二極管進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化,并立足國內(nèi)研究和工藝條件,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,從而為國內(nèi)高壓4H-Si C PiN二極管的研究提供理論和實(shí)驗(yàn)參考。通過Silvaco公司的工藝和器件二維仿真器Athena和Atlas,本論文研究了高壓4H-Si C PiN二極管的正向?qū)ê头聪蜃钄嗵匦?并對器件結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。首先確定了元胞基本參數(shù),研究載流子壽命和溫度對器件正向特性的影響;然后研究碳化硅各向異性碰撞電離模型,并分析了臺(tái)面高度、臺(tái)面角度和微溝槽等臺(tái)面形貌對高壓4H-Si C PiN二極管擊穿特性的影響;其次設(shè)計(jì)了高壓4H-SiC PiN二極管結(jié)終端擴(kuò)展(Junction Termination Extension,JTE)終端結(jié)構(gòu),通過擊穿電壓和電場分析優(yōu)化JTE結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了具有寬劑量窗口的Two-SM-JTE終端結(jié)構(gòu),在1.0-2.6×1013cm-2劑量范圍內(nèi),4H-SiC PiN二極管的擊穿電壓都可以達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)值3300V以上,最后研究了Si O2/SiC界面電荷對擊穿特性的影響。對高壓4H-Si C PiN二極管的實(shí)驗(yàn)研究。首先研究了離子注入工藝,然后基于國內(nèi)研究條件,確定工藝流程,進(jìn)行版圖設(shè)計(jì),流片并對4H-Si C PiN二極管的正向?qū)ā⒎聪蜃钄嗪头聪蚧謴?fù)特性進(jìn)行了測試分析。流片結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)所得單區(qū)JTE 4H-SiC PiN二極管開啟電壓為3.4V,當(dāng)溫度由25℃增大到155℃時(shí),器件的正向?qū)▔航祪H變化0.3V,體現(xiàn)了很好的溫度穩(wěn)定性;實(shí)驗(yàn)所得臺(tái)面高度和角度分別為2.1μm和22°,在JTE注入劑量1.1×1013 cm-2的條件下,器件擊穿電壓為3.8kV,實(shí)現(xiàn)了平行平面結(jié)擊穿電壓的80%;4H-SiC PiN二極管的擊穿電壓隨著JTE長度的增大而增大,并在JTE長度為50μm時(shí)飽和,但是飽和擊穿電壓比仿真值低約200V;4H-SiC PiN二極管的反向恢復(fù)時(shí)間隨著反向壓降的增大、正向電流的減小以及電流變化斜率的增大而減小。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN312.4

【參考文獻(xiàn)】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 高云斌;SiC VDMOS器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及界面陷阱效應(yīng)研究[D];電子科技大學(xué);2013年

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本文編號(hào)：1183778