4H-SiC光觸發(fā)晶閘管新結(jié)構(gòu)研究
發(fā)布時間：2021-06-25 18:39
第三代半導(dǎo)體材料碳化硅（SiC）具有禁帶寬度大、熱導(dǎo)率高、臨界雪崩擊穿電場強度高、飽和載流子漂移速度大等優(yōu)點,是制作高溫、大功率、抗輻射電力電子器件的理想材料之一。作為電力電子器件,SiC光觸發(fā)晶閘管（LTT）在簡化驅(qū)動電路、提升抗電磁干擾能力等方面具有極大優(yōu)勢。經(jīng)多年發(fā)展,國內(nèi)外SiC LTT的研究工工作已取得可喜成績。但與硅（Si）材料不同,常溫下p型重?fù)絊iC存在受主雜質(zhì)電離率低的特點,由此導(dǎo)致的SiC p+n結(jié)空穴低注入現(xiàn)象對SiC LTT性能的影響及作用機(jī)制的研究鮮有報道。為此,本文在系統(tǒng)分析SiC LTT的基本結(jié)構(gòu)、工作原理與電學(xué)特性基礎(chǔ)上,通過建立4H-SiC LTT數(shù)值仿真模型,對SiC LTT空穴低注入現(xiàn)象的形成機(jī)理及不良影響進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,以改善器件性能為目標(biāo),開展了4H-SiC LTT新結(jié)構(gòu)的理論與實驗研究工作。主要研究內(nèi)容和成果如下:1.開展了SiC LTT p+n發(fā)射結(jié)空穴低注入現(xiàn)象的成因及其對SiC LTT器件性能的影響的仿真研究工作。研究表明,p+n發(fā)射結(jié)空穴低注入現(xiàn)象對p長基區(qū)SiCLTT的不良影響主要表現(xiàn)在最小觸發(fā)光強與開通延遲時間方面:對n長基區(qū)S...
【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省
【文章頁數(shù)】：147 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
報道的2.6kV4H-SiCLTT光觸發(fā)過程中的電流波形
3（a） （b）圖 1-2 （a）報道的 UV LEDs 觸發(fā)的 4H-SiC LTT（b）報道的觸發(fā)光功率密度與 4H-SiC LTT 開通延遲時間的關(guān)系[46]Fig. 1-2 (a) Reported 4H-SiC LTT triggered by UV LEDs. (b) Reported relations between triggering lightintensity and turn-on delay time of 4H-SiC LTT.
西安理工大學(xué)博士學(xué)位論文2012 年，M. E. Levinshtein 團(tuán)隊報道了 4H-SiC LTT 方面的最新研究成果[49, 50]，首次研制出具有放大門極結(jié)構(gòu)的 4H-SiC LTT 芯片，耐壓高達(dá) 12kV，通流達(dá) 100A，其結(jié)構(gòu)示意圖及版圖如圖 1-3 所示。該團(tuán)隊將 SiC LTT 與 SiC GTO 進(jìn)行了集成，其中 LTT 位于芯片中央 2.2mm×2.2mm 的方形區(qū)域，GTO 位于 LTT 與終端結(jié)構(gòu)之間的方形環(huán)狀區(qū)域，LT的陽極與 GTO 的門極通過互連金屬實現(xiàn)連通，形成了具有放大門極的 4H-SiC LTT。其在研發(fā)芯片的基礎(chǔ)上，還對 SiC LTT 的開通機(jī)制以及開通過程中的過熱現(xiàn)象進(jìn)行了研究[51]M. E. Levinshtein 團(tuán)隊所研制的 SiC LTT 不同于傳統(tǒng) Si 基帶放大門極的 LTT，由于該芯片主器件區(qū)域按 GTO 規(guī)則進(jìn)行設(shè)計，在開通時具有更快的擴(kuò)展速度，因此更似集成有 LTT的 SiC GTO，這為發(fā)展快速大電流超高壓 4H-SiC LTT 提供了可行的技術(shù)方案。同年，NDheilly 團(tuán)隊也報道了 SiC LTT 刻蝕終端方面的研究成果，提出免離子注入工藝的 4H-SiCLTT 方案，為超高壓 SiC LTT 制造工藝的簡化與性能的提升做出重要貢獻(xiàn)[52]。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Shortening turn-on delay of SiC light triggered thyristor by7-shaped thin n-base doping profile[J]. 王曦,蒲紅斌,劉青,安麗琪. Chinese Physics B. 2018(10)
[2]4H-Si C monolithic Darlington transistors with slight current gain drop at high collector current density[J]. YUAN Lei,SONG QingWen,TANG XiaoYan,ZHANG HongPeng,ZHANG YiMeng,YANG Fei,GUO LiXin,ZHANG YiMen,ZHANG YuMing. Science China（Technological Sciences）. 2018(08)
[3]Injection modulation of p+-n emitter junction in 4H-SiC light triggered thyristor by double-deck thin n-base[J]. 王曦,蒲紅斌,劉青,陳春蘭,陳治明. Chinese Physics B. 2017(10)
[4]SiC GTO晶閘管技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 王俊,張淵,李宗鑒,鄧林峰. 大功率變流技術(shù). 2016(05)
[5]大功率4H-SiC GTO晶閘管研究[J]. 雷海峰,金銳,溫家良,劉明光. 電力電子技術(shù). 2011(12)
[6]SiC晶閘管的光觸發(fā)可行性[J]. 劉文濤,陳治明. 電力電子技術(shù). 2011(04)
碩士論文
[1]NiO/SiC異質(zhì)結(jié)的制備及其光電特性的研究[D]. 胡丹丹.西安理工大學(xué) 2018
[2]超高壓4H-SiC GTO晶閘管的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[D]. 劉青.西安理工大學(xué) 2017
[3]6500V碳化硅發(fā)射極關(guān)斷晶閘管仿真和特性的研究[D]. 張淵.湖南大學(xué) 2017
[4]基于4H-SiC的緩變基區(qū)BJT外延工藝研究[D]. 張曉朋.西安電子科技大學(xué) 2012
本文編號：3249739
【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省
【文章頁數(shù)】：147 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
報道的2.6kV4H-SiCLTT光觸發(fā)過程中的電流波形
3（a） （b）圖 1-2 （a）報道的 UV LEDs 觸發(fā)的 4H-SiC LTT（b）報道的觸發(fā)光功率密度與 4H-SiC LTT 開通延遲時間的關(guān)系[46]Fig. 1-2 (a) Reported 4H-SiC LTT triggered by UV LEDs. (b) Reported relations between triggering lightintensity and turn-on delay time of 4H-SiC LTT.
西安理工大學(xué)博士學(xué)位論文2012 年，M. E. Levinshtein 團(tuán)隊報道了 4H-SiC LTT 方面的最新研究成果[49, 50]，首次研制出具有放大門極結(jié)構(gòu)的 4H-SiC LTT 芯片，耐壓高達(dá) 12kV，通流達(dá) 100A，其結(jié)構(gòu)示意圖及版圖如圖 1-3 所示。該團(tuán)隊將 SiC LTT 與 SiC GTO 進(jìn)行了集成，其中 LTT 位于芯片中央 2.2mm×2.2mm 的方形區(qū)域，GTO 位于 LTT 與終端結(jié)構(gòu)之間的方形環(huán)狀區(qū)域，LT的陽極與 GTO 的門極通過互連金屬實現(xiàn)連通，形成了具有放大門極的 4H-SiC LTT。其在研發(fā)芯片的基礎(chǔ)上，還對 SiC LTT 的開通機(jī)制以及開通過程中的過熱現(xiàn)象進(jìn)行了研究[51]M. E. Levinshtein 團(tuán)隊所研制的 SiC LTT 不同于傳統(tǒng) Si 基帶放大門極的 LTT，由于該芯片主器件區(qū)域按 GTO 規(guī)則進(jìn)行設(shè)計，在開通時具有更快的擴(kuò)展速度，因此更似集成有 LTT的 SiC GTO，這為發(fā)展快速大電流超高壓 4H-SiC LTT 提供了可行的技術(shù)方案。同年，NDheilly 團(tuán)隊也報道了 SiC LTT 刻蝕終端方面的研究成果，提出免離子注入工藝的 4H-SiCLTT 方案，為超高壓 SiC LTT 制造工藝的簡化與性能的提升做出重要貢獻(xiàn)[52]。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Shortening turn-on delay of SiC light triggered thyristor by7-shaped thin n-base doping profile[J]. 王曦,蒲紅斌,劉青,安麗琪. Chinese Physics B. 2018(10)
[2]4H-Si C monolithic Darlington transistors with slight current gain drop at high collector current density[J]. YUAN Lei,SONG QingWen,TANG XiaoYan,ZHANG HongPeng,ZHANG YiMeng,YANG Fei,GUO LiXin,ZHANG YiMen,ZHANG YuMing. Science China（Technological Sciences）. 2018(08)
[3]Injection modulation of p+-n emitter junction in 4H-SiC light triggered thyristor by double-deck thin n-base[J]. 王曦,蒲紅斌,劉青,陳春蘭,陳治明. Chinese Physics B. 2017(10)
[4]SiC GTO晶閘管技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 王俊,張淵,李宗鑒,鄧林峰. 大功率變流技術(shù). 2016(05)
[5]大功率4H-SiC GTO晶閘管研究[J]. 雷海峰,金銳,溫家良,劉明光. 電力電子技術(shù). 2011(12)
[6]SiC晶閘管的光觸發(fā)可行性[J]. 劉文濤,陳治明. 電力電子技術(shù). 2011(04)
碩士論文
[1]NiO/SiC異質(zhì)結(jié)的制備及其光電特性的研究[D]. 胡丹丹.西安理工大學(xué) 2018
[2]超高壓4H-SiC GTO晶閘管的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[D]. 劉青.西安理工大學(xué) 2017
[3]6500V碳化硅發(fā)射極關(guān)斷晶閘管仿真和特性的研究[D]. 張淵.湖南大學(xué) 2017
[4]基于4H-SiC的緩變基區(qū)BJT外延工藝研究[D]. 張曉朋.西安電子科技大學(xué) 2012
本文編號：3249739
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