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

【摘要】：4H-SiC場效應晶體管(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體器件應用中,4H-SiC MESFET展示出極大的應用價值,在功率器件中極具潛力和競爭力。然而,增加SiC MESFET的漏極輸出電流時,不可避免地遇到擊穿特性隨之減弱的問題,也就是說,盡管SiC MESFET具有很好的直流特性和頻率特性,想要進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現(xiàn)同時增大,同時,對功率密度的提高常常帶來頻率特性的惡化。本文首次提出了一種新型的、具有坡形柵結構的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,同時也為了改進SiC MESFET的射頻性能。該結構在階梯柵MESFET結構的基礎上,利用微元的思想,將下柵階梯數(shù)目增加到無窮大,形成一個坡形的柵,來形成新的器件結構,引入的坡形柵將柵設置為斜坡形,起到控制橫向電場和控制耗盡區(qū)邊界的電流集邊效應的作用。經ISE-TCAD工具仿真,并和雙凹柵MESFET、階梯柵MESFET進行比較后,結果發(fā)現(xiàn),此新結構可提高器件的漏極飽和輸出電流Idsat,同時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有一個最重要的特征參數(shù)——坡形柵的終點(End Point of Clival Gate,簡稱EPCG),其位置將會影響坡形柵MESFET各項物理特性參數(shù)。本文在雙凹柵MESFET結構和階梯柵MESFET結構的基礎上引入了坡形柵MESFET結構。直流特性方面,當EPCG從全柵移動到3/4柵、1/2柵時,由于溝道層內的耗盡區(qū)不斷減小,使得溝道不斷展寬,導致最大飽和漏電流不斷增大;而EPCG從1/2柵移動到1/4柵時,低柵左側的尖角會變得越來越尖銳,溝道耗盡區(qū)邊界的電流集邊效應將會越來越嚴重,這會使得溝道減小,導致最大飽和漏電流減小。因此,當EPCG為1/2柵時,坡形柵MESFET的最大飽和漏電流取得最高值,達到了545mA,比雙凹柵MESFET提高了47.3%;當EPCG為1/2柵時,坡形柵MESFET的擊穿電壓最大,達到了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,對于坡形柵MESFET,當EPCG為1/2柵時,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的反饋電容對器件的交流小信號增益起到負面影響,因此要想獲得更高的增益需使Cgd盡量小,在頻率較低時,對于坡形柵MESFET,當EPCG為1/2柵時,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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【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN386

【參考文獻】

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1 任學峰;楊銀堂;賈護軍;;4H-SiC MESFET直流I-V特性解析模型[J];半導體技術;2008年02期

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本文編號：1578731