本文選題：4H-SiC　切入點(diǎn)：MESFET　出處：《西安電子科技大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：4H-SiC場(chǎng)效應(yīng)晶體管(4H-SiC MESFET)是下一代微波功率器件的理想選擇,在微波頻段以及高功率輸出的半導(dǎo)體器件應(yīng)用中,4H-SiC MESFET展示出極大的應(yīng)用價(jià)值,在功率器件中極具潛力和競(jìng)爭(zhēng)力。然而,增加SiC MESFET的漏極輸出電流時(shí),不可避免地遇到擊穿特性隨之減弱的問(wèn)題,也就是說(shuō),盡管SiC MESFET具有很好的直流特性和頻率特性,想要進(jìn)一步提高器件的性能受到了器件本身功率--頻率制約的限制。擊穿電壓和輸出漏電流很難實(shí)現(xiàn)同時(shí)增大,同時(shí),對(duì)功率密度的提高常常帶來(lái)頻率特性的惡化。本文首次提出了一種新型的、具有坡形柵結(jié)構(gòu)的4H-SiC MESFET(坡形柵MESFET),以提高SiC MESFET器件的最大飽和漏電流與擊穿電壓,同時(shí)也為了改進(jìn)SiC MESFET的射頻性能。該結(jié)構(gòu)在階梯柵MESFET結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,利用微元的思想,將下柵階梯數(shù)目增加到無(wú)窮大,形成一個(gè)坡形的柵,來(lái)形成新的器件結(jié)構(gòu),引入的坡形柵將柵設(shè)置為斜坡形,起到控制橫向電場(chǎng)和控制耗盡區(qū)邊界的電流集邊效應(yīng)的作用。經(jīng)ISE-TCAD工具仿真,并和雙凹柵MESFET、階梯柵MESFET進(jìn)行比較后,結(jié)果發(fā)現(xiàn),此新結(jié)構(gòu)可提高器件的漏極飽和輸出電流Idsat,同時(shí)提高器件的擊穿電壓VB,而且還可以改善器件的截止頻率fT,最終使SiC MESFET具有更加優(yōu)異的直流(DC)和射頻(RF)特性。研究發(fā)現(xiàn),坡形柵MESFET有一個(gè)最重要的特征參數(shù)——坡形柵的終點(diǎn)(End Point of Clival Gate,簡(jiǎn)稱EPCG),其位置將會(huì)影響坡形柵MESFET各項(xiàng)物理特性參數(shù)。本文在雙凹柵MESFET結(jié)構(gòu)和階梯柵MESFET結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上引入了坡形柵MESFET結(jié)構(gòu)。直流特性方面,當(dāng)EPCG從全柵移動(dòng)到3/4柵、1/2柵時(shí),由于溝道層內(nèi)的耗盡區(qū)不斷減小,使得溝道不斷展寬,導(dǎo)致最大飽和漏電流不斷增大;而EPCG從1/2柵移動(dòng)到1/4柵時(shí),低柵左側(cè)的尖角會(huì)變得越來(lái)越尖銳,溝道耗盡區(qū)邊界的電流集邊效應(yīng)將會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重,這會(huì)使得溝道減小,導(dǎo)致最大飽和漏電流減小。因此,當(dāng)EPCG為1/2柵時(shí),坡形柵MESFET的最大飽和漏電流取得最高值,達(dá)到了545mA,比雙凹柵MESFET提高了47.3%;當(dāng)EPCG為1/2柵時(shí),坡形柵MESFET的擊穿電壓最大,達(dá)到了57.5V。因此,坡形柵MESFET的最大輸出功率密度也大于雙凹柵MESFET和階梯柵MESFET,可見(jiàn)坡形柵MESFET比雙凹柵MESFET和階梯柵MESFET具有更加優(yōu)秀的擊穿特性和大功率特性。射頻特性方面,在頻率較低時(shí),對(duì)于坡形柵MESFET,當(dāng)EPCG為1/2柵時(shí),柵源電容為0.435pF/mm,分別比雙凹柵MESFET和階梯柵MESFET減小了32%和27%;而Cgd同樣作為輸入輸出信號(hào)的反饋電容對(duì)器件的交流小信號(hào)增益起到負(fù)面影響,因此要想獲得更高的增益需使Cgd盡量小,在頻率較低時(shí),對(duì)于坡形柵MESFET,當(dāng)EPCG為1/2柵時(shí),柵漏電容為0.221pF/mm,分別比雙凹柵MESFET和階梯柵MESFET減小了21%和23.8%,可以看出EPCG為1/2柵的坡形柵MESFET的柵漏電容有很大的減小;由于EPCG為1/2柵的坡形柵MESFET具有較大的gm/Cgs比,我們可以求得其截止頻率fT為15GHz,這明顯大于雙凹柵MESFET的11GHz和階梯柵MESFET的12GHz,所以EPCG為1/2柵的坡形柵MESFET可以得到更大的帶寬。因此,坡形柵MESFET比雙凹柵MESFET和階梯柵MESFET具有更加優(yōu)秀的直流特性與射頻特性。
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【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】：2015
【分類號(hào)】：TN386

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 任學(xué)峰;楊銀堂;賈護(hù)軍;;4H-SiC MESFET直流I-V特性解析模型[J];半導(dǎo)體技術(shù);2008年02期

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本文編號(hào)：1578731