【摘要】：以第三代寬禁帶半導(dǎo)體碳化硅(silicon carbide,SiC)材料為襯底而制作成的PiN功率二極管器件,因其高擊穿電壓、高開關(guān)速度以及低正向?qū)娮璧葍?yōu)良性能,正在超高壓功率器件領(lǐng)域嶄露頭角。然而國內(nèi)目前的超高壓SiC功率器件尚處于發(fā)展階段,其設(shè)計研制相對還不成熟。在此情況下,本論文基于SiC材料,設(shè)計研制了一款超高壓PiN功率二極管器件,通過計算機(jī)二維仿真技術(shù)對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,并結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有實驗平臺進(jìn)行了流片實驗及測試,旨在為國內(nèi)后續(xù)的超高壓SiC功率器件研究提供一個參考思路。本文首先介紹了SiC PiN二極管的正向及反向工作原理。然后,基于Silvaco Technology Computer Aided Design(TCAD)仿真軟件,對其中經(jīng)常用到的關(guān)鍵物理模型,諸如遷移率模型,載流子復(fù)合模型以及碰撞電離模型進(jìn)行了概述,為后文的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計打下基礎(chǔ)。第二,本文通過文獻(xiàn)調(diào)研,進(jìn)行了超高壓SiC PiN二極管元胞的關(guān)鍵參數(shù)(漂移區(qū)厚度、漂移區(qū)濃度)的設(shè)計。為了實現(xiàn)10kV以上的耐壓,本文還在二維仿真結(jié)果的指導(dǎo)下分別設(shè)計了結(jié)終端擴(kuò)展(Junction Termination Extension,JTE)、場限環(huán)(Field Limiting Ring,FLR)、復(fù)合型終端等多種終端結(jié)構(gòu),并研究了不同終端技術(shù)中的關(guān)鍵參數(shù)對器件擊穿電壓的影響。為了模擬實際器件特性,還討論了SiO_2/SiC界面電荷對于擊穿特性的影響。之后經(jīng)過分析和優(yōu)化,設(shè)計出了具有寬劑量窗口的復(fù)合型終端結(jié)構(gòu),提高了工藝容差。最后,進(jìn)行了超高壓SiC PiN二極管的實驗研究。本文基于國內(nèi)現(xiàn)有實驗條件,確定了超高壓SiC PiN二極管的工藝流程,完成了版圖設(shè)計工作,經(jīng)過流片實驗過程,之后對流片得到的器件進(jìn)行了正向?qū)ㄌ匦约胺聪蜃钄嗄芰y試。測試結(jié)果表明:本次實驗所制備的超高壓SiC PiN二極管在室溫下的正向電流I_F6A,器件的正向?qū)▔航礦_F=3.6V@100A/cm~2。反向阻斷電壓BV(28)10kV時,器件的反向泄漏電流I_R1μA,實現(xiàn)了此次超高壓SiC PiN二極管的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。
【圖文】：

SiC材料的球棍模型

2-19kV的4H-SiCPiN二極管結(jié)構(gòu)圖
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN312.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 蕭寒;高壓4H-SiC PiN二極管的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與實驗研究[D];電子科技大學(xué);2016年

2 李妍月;高壓SiC JBS二極管的設(shè)計優(yōu)化與實驗研究[D];電子科技大學(xué);2016年

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本文編號：2597455