【摘要】：相比于傳統(tǒng)硅(Si)材料,碳化硅(SiC)因其更寬的禁帶寬度(3.26eV)、更高的熱導(dǎo)率和更高的臨界擊穿場強(qiáng),在大功率開關(guān)電路和電力系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。SiC功率器件最突出的性能優(yōu)勢在于其高壓、高頻和高溫工作特性,可以有效地降低電力電子系統(tǒng)的功率損耗。目前,國際上多數(shù)行業(yè)領(lǐng)先的半導(dǎo)體器件廠商,已在SiC MOSFET器件產(chǎn)品化道路上取得了巨大進(jìn)展�，F(xiàn)階段,商用SiCMOSFET產(chǎn)品絕大多數(shù)為N溝道平面垂直結(jié)構(gòu),且多家公司已推出了更新的SiCMOSFET產(chǎn)品,其應(yīng)用前景被寄予了很大希望。與此同時,平面垂直型SiCMOSFET的柵極界面態(tài)和由此引發(fā)的溝道電子遷移率低的問題,一直是限制SiC MOSFET廣泛應(yīng)用的主要原因。在進(jìn)行SiC MOSFET工藝設(shè)計及結(jié)構(gòu)設(shè)計時,前期理論研究多依賴于仿真軟件進(jìn)行物理建模,然而實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往與仿真有較大差距,其主要原因是仿真中未加入準(zhǔn)確的SiCMOSFET界面態(tài)模型,以及反型層的遷移率模型不準(zhǔn)確。因此,針對SiC MOSFET的行業(yè)發(fā)展和理論研究方面的這些問題,本論文對SiC MOSFET進(jìn)行了研究和探討,主要包括以下內(nèi)容:通過對Cree公司三代SiC MOSFET器件在-160℃C至200℃C溫度下進(jìn)行測試,提取出了每代器件在不同溫度下的閾值電壓、導(dǎo)通電阻等特征參數(shù)。分析比較了三代產(chǎn)品閾值電壓、導(dǎo)通電阻隨溫度的變化趨勢,以及不同溫度下導(dǎo)通電阻與柵極電壓的關(guān)系。運(yùn)用建立物理模型的方法,對三代產(chǎn)品閾值電壓、導(dǎo)通電阻的各組成部分與溫度的關(guān)系進(jìn)行了比較研究。解釋了 SiCMOSFET的閾值電壓的溫度變化率隨產(chǎn)品更新而逐代降低的原因,是柵極Si02/SiC界面存在的界面態(tài)密度在逐代的下降。選用Silvaco公司的Atlas TCAD器件仿真軟件,對所研究的4H-SiC MOSFET器件進(jìn)行物理模型的建立。重點(diǎn)研究了 SiC MOSFET器件的遷移率模型的選擇及參數(shù)設(shè)定,以及SiC MOSFET中Si02/SiC界面態(tài)模型的參數(shù)設(shè)定。仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測得的SiC MOSFET的特性隨溫度的變化較符合。
[Abstract]:Compared with the traditional silicon (Si) material, silicon carbide (SiC) has a wider band gap (3.26eV), higher thermal conductivity and higher critical breakdown field strength. In the field of high power switching circuit and power system application, the most outstanding performance advantage of sic power device is its high voltage, high frequency and high temperature working characteristics, which can effectively reduce the power loss of power electronic system. At present, most of the leading semiconductor device manufacturers in the world have made great progress on the road of SiC MOSFET device production. At present, most of the commercial SiCMOSFET products are N-channel plane vertical structure, and a number of companies have launched updated SiCMOSFET products, its application prospect has been placed in great hope. At the same time, the gate interface state of planar vertical SiCMOSFET and the low channel electron mobility caused by it have always been the main reasons for limiting the wide application of SiCMOSFET. In the process and structure design of SiC MOSFET, most of the previous theoretical research depends on the simulation software for physical modeling. However, the actual experimental results are often quite different from the simulation results. The main reason is that the accurate SiCMOSFET interface state model is not added to the simulation, and the mobility model of the inversion layer is not accurate. Therefore, in view of these problems in the industry development and theoretical research of SiC MOSFET, this paper studies and discusses the SiC MOSFET. The main contents are as follows: by testing the third generation SiC MOSFET devices of Cree Company at the temperature of-160C to 200C, the threshold voltage and on-resistance of each generation of devices at different temperatures are extracted. The variation trend of threshold voltage and on-resistance with temperature, as well as the relationship between on-resistance and gate voltage at different temperatures are analyzed and compared. By using the method of establishing physical model, the relationship between temperature and threshold voltage, on-resistance and temperature of the third generation products is compared and studied. It is explained that the temperature change rate of the threshold voltage of SiCMOSFET decreases generation by generation with the renewal of the product, which is due to the decrease of the interface state density at the gate Si02/SiC interface. The Atlas TCAD device simulation software of Silvaco Company is used to establish the physical model of the 4H-SiC MOSFET device studied. The selection and parameter setting of mobility model of SiC MOSFET devices and the parameter setting of Si02/ sic interface state model in SiC MOSFET are studied in detail. The simulation results are in good agreement with the experimental results of SiC MOSFET with the change of temperature.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN386

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙佶;;羅姆發(fā)布第二代SiC制MOSFET,可抑制通電劣化現(xiàn)象[J];半導(dǎo)體信息;2012年04期

2 張明興;;導(dǎo)通電阻為零的模擬開關(guān)[J];電子技術(shù);1986年12期

3 孫雋;;導(dǎo)通電阻極大減小的新型垂直功率MOSFET結(jié)構(gòu)[J];電子工藝技術(shù);1986年04期

4 Daisuke Ueda ,李巍;一種能降低導(dǎo)通電阻的新型縱向功率MOSFET結(jié)構(gòu)[J];微電子學(xué);1987年02期

5 ;新品之窗[J];電子元器件應(yīng)用;2002年06期

6 陳力;馮全源;;低壓溝槽功率MOSFET導(dǎo)通電阻的最優(yōu)化設(shè)計[J];微電子學(xué);2012年05期

7 ;Vishay發(fā)布采用ThunderFET~汶技術(shù)的通過AEC-Q101認(rèn)證的最新MOSFET[J];電子設(shè)計工程;2014年06期

8 張雯,閻冬梅;VDMOSFET的最佳化設(shè)計研究(500V)[J];遼寧大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2004年01期

9 王穎;程超;胡海帆;;溝槽柵功率MOSFET導(dǎo)通電阻的模擬研究[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2011年03期

10 趙佶;;Mouser開始供應(yīng)Vishay Siliconix Si8802 TrenchFET功率MOSFET[J];半導(dǎo)體信息;2012年06期

相關(guān)會議論文 前5條

1 諶怡;劉毅;王衛(wèi);夏連勝;張篁;朱雋;石金水;章林文;;GaAs光導(dǎo)開關(guān)的導(dǎo)通電阻[A];第九屆中國核學(xué)會“核科技、核應(yīng)用、核經(jīng)濟(jì)（三核）”論壇論文集[C];2012年

2 孟堅;高珊;陳軍寧;柯導(dǎo)明;孫偉鋒;時龍興;徐超;;用阱作高阻漂移區(qū)的LDMOS導(dǎo)通電阻的解析模型[A];2005年“數(shù)字安徽”博士科技論壇論文集[C];2005年

3 武潔;方健;李肇基;;單晶擴(kuò)散型LDMOS特性分析[A];展望新世紀(jì)——’02學(xué)術(shù)年會論文集[C];2002年

4 武潔;方健;李肇基;;單晶擴(kuò)散型LDMOS特性分析[A];中國電工技術(shù)學(xué)會電力電子學(xué)會第八屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2002年

5 ;降低雙層金屬布線導(dǎo)通電阻不合格率 中國電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所單片工藝室PVD工序心一QC小組[A];2007年度電子信息行業(yè)優(yōu)秀質(zhì)量管理小組成果質(zhì)量信得過班組經(jīng)驗(yàn)專集[C];2007年

相關(guān)重要報紙文章 前3條

1 四川 鐘榮;再議光耦合器的檢測方法[N];電子報;2005年

2 山東 毛興武;由STA500組成的60W D類放大器[N];電子報;2002年

3 吳;發(fā)展中的溝槽柵MOS器件[N];中國電子報;2001年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 章文通;超結(jié)功率器件等效襯底模型與非全耗盡工作模式研究[D];電子科技大學(xué);2016年

2 黃海猛;超結(jié)器件的模型研究及優(yōu)化設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 吳克滂;功率MOSFET的終端耐壓特性研究[D];西南交通大學(xué);2015年

2 汪德波;60V 功率U-MOSFET失效分析與再設(shè)計[D];西南交通大學(xué);2015年

3 吳文杰;一種基于曲率結(jié)擴(kuò)展原理的襯底終端結(jié)構(gòu)的研究[D];電子科技大學(xué);2014年

4 徐青;槽型高壓低功耗橫向MOSFET研究[D];電子科技大學(xué);2015年

5 翟華星;基于離子注入工藝的新型SiC IGBT的設(shè)計與仿真[D];西安電子科技大學(xué);2014年

6 廖濤;電磁爐用NPT型IGBT的研究[D];東南大學(xué);2015年

7 于冰;基于0.25μm工藝的低壓Power MOS設(shè)計與研究[D];東南大學(xué);2015年

8 周倩;一種低導(dǎo)通電阻60V Trench MOSFET的設(shè)計與制造[D];上海交通大學(xué);2015年

9 楊萌;低導(dǎo)通電阻碳化硅光導(dǎo)開關(guān)研究[D];西安電子科技大學(xué);2015年

10 李春來;新型低壓LDMOS結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真[D];西安電子科技大學(xué);2015年

，

本文編號：2485362