碳化硅（SiC）作為寬禁帶半導(dǎo)體材料,具有高熱導(dǎo)率、高臨界擊穿電場和高電子飽和漂移速率等特點(diǎn)。SiC功率器件相比傳統(tǒng)硅基器件功耗大幅度降低,在高溫、高頻、大功率領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。溝槽MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）相比結(jié)勢壘控制肖特基二極管（JBS）,具有正向?qū)娮璧?反向偏置時(shí)電場屏蔽效果好等優(yōu)勢,在硅材料中得到了廣泛的應(yīng)用。然而,由于SiC TMBS功率二極管在加反向電壓時(shí)氧化層電場過高而造成器件擊穿,其發(fā)展受到極大限制。通過在溝槽底部增加P+保護(hù)區(qū)可以有效降低氧化層電場,增大器件耐壓。但是,P+區(qū)和漂移區(qū)形成的PN結(jié)使得器件導(dǎo)通電阻顯著增大。本文在此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,提出了兩種新型器件結(jié)構(gòu)可以大幅降低器件特征導(dǎo)通電阻,增大器件優(yōu)值（BV2/Ron-sp）。1、N包裹區(qū)4H-SiC TMBS:通過適當(dāng)增加P+區(qū)周圍N型漂移區(qū)的摻雜濃度,可以減小PN結(jié)的耗盡層寬度,拓寬器件導(dǎo)通時(shí)的電流路徑,從而降低器件導(dǎo)通壓降。利用SILVACO仿真軟件,研究了提出結(jié)構(gòu)的電學(xué)特性并對N包裹區(qū)的摻雜濃度和寬度進(jìn)行優(yōu)化,最終使得器件特征導(dǎo)通電阻降低了 32.2%,器件優(yōu)值提高了 48.4%。同時(shí)保持... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．３?ＪＢＳ器件剖面圖（ａ）正向電流路徑（ｂ）反向耗盡區(qū)??肖特基勢壘二極管（ＳＢＤ）器件在反向偏壓時(shí)由于鏡像力勢壘降低效應(yīng)，器??－

Ｎ＋ｆｊ■底??（ｂ）??圖１．３?ＪＢＳ器件剖面圖（ａ）正向電流路徑（ｂ）反向耗盡區(qū)??肖特基勢壘二極管（ＳＢＤ）器件在反向偏壓時(shí)由于鏡像力勢壘降低效應(yīng)，器??件漏電會隨著金屬－肖特基接觸界面處電場的增加而增大。因此，如何減小器件??反向偏置時(shí)肖特基接觸的電場成為減小器件反向漏電的關(guān)鍵。為此，Ｂ．Ｊ．Ｂａｌｉｇａ??早在１９８４年就想出并實(shí)驗(yàn)制作了結(jié)勢壘控制肖特基（ＪＢＳ）二極管，如圖１．３所??３??

Ｃ．Ｍ．Ｚｅｔｔｅｒｌｉｎｇ等研宄人員［１７＿ＪＢＳ結(jié)構(gòu)運(yùn)用在了?ＳｉＣ材料上，由于反偏時(shí)??Ｐ＋保護(hù)區(qū)對肖特基接觸電場有屏蔽作用，使得ＳＢＤ反向漏電流降低，器件結(jié)構(gòu)??如圖１．４所示。??ａ?ＡＮＯＤＥ?ｂ??｜牛??＿１０?＿１０?）ｉｍ＿?１０?｜ｉｍ??ｎ－?ｅｐｉｌａｙｅｒ?７－１０１５?ｃｍ＊３?”??ｎ＋?ｓｕｂｓｔｒａｔｅ?２－１０１８?ｃｍ＊３??ＣＡＴＨＯＤＥ??圖１．４第一個(gè)ＳｉＣＪＢＳ元胞原理圖??由于ＪＢＳ兼具ＳＢＤ低正向開啟電壓和ＰｉＮ低反向漏電流的優(yōu)勢，加上工藝??相對容易實(shí)現(xiàn)，逐漸成為ＳｉＣ功率整流器的主流［１８’１９］。２００８年，Ｃｒｅｅ公司的Ｂ．?Ａ．??Ｈｕｌｌ小組［１９］實(shí)驗(yàn)制作了擊穿電壓近萬伏的４Ｈ－ＳｉＣ?ＪＢＳ二極管，器件的結(jié)構(gòu)如圖??１．５所示。器件的有源區(qū)面積為５０ｍｍ２，?Ｎ－漂移區(qū)厚度為１２０阿，并且采用９００拜??寬的終端保護(hù)區(qū)。室溫下測量得到器件的正向開啟電壓為３．３５Ｖ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]超高壓SiC電力電子器件及其在電網(wǎng)中的應(yīng)用[J]. 鄧小川,譚犇,萬殊燕,吳昊,楊霏,張波.  智能電網(wǎng). 2017(08)

博士論文
[1]新型碳化硅功率二極管的研究[D]. 任娜.浙江大學(xué) 2015
[2]4H-SiC功率肖特基勢壘二極管（SBD）和結(jié)型勢壘肖特基（JBS）二極管的研究[D]. 陳豐平.西安電子科技大學(xué) 2012



本文編號：2919687