發(fā)布時間：2021-07-11 13:59

　　寬禁帶半導體碳化硅（SiC）具有高擊穿場強、高電子飽和速率和熱導率等優(yōu)點,適合制作高壓、高溫、高頻與大功率器件。SiC絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為一種雙極型器件,結(jié)合了材料與器件結(jié)構(gòu)優(yōu)勢,在超高壓應用領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢,成為研究熱點與未來發(fā)展趨勢。這里分別從P溝道SiC IGBT器件、N溝道SiC IGBT器件以及新結(jié)構(gòu)在提高擊穿電壓、降低導通壓降、優(yōu)化器件折中特性和提升可靠性方面的研究,闡述了SiC IGBT器件的發(fā)展進展。SiC IGBT器件的優(yōu)越性能彰顯了其在高壓大功率應用方面的廣闊前景。 

【文章來源】：電力電子技術(shù). 2020,54(10)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

圖１器件截面結(jié)構(gòu)示意圖??Ｆｉｇ．?１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆ?ｃｒｏｓｓ?ｓｅｃｔｉｏｎ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｄｅｖｉｃｅ??而美國Ｃｒｅｅ公司的Ｒｙｕ等又將平面柵Ｐ溝??

通過改變器件參數(shù)仍然可繼續(xù)提高??ＳｉＣ?ＩＧＢＴ器件的耐壓，但是此為目前試驗研究報??道的最髙值。??與Ｐ溝道ＳｉＣ?ＩＧＢＴ器件一樣，當Ｎ溝道ＳｉＣ??ＩＧＢＴ器件的耐壓達到期望值時，研宂重心開始向??器件折中特性與可靠性轉(zhuǎn)移。而器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化與??器件性能的提高更有利于器件各項特性的折中，??同時，優(yōu)良的器件結(jié)構(gòu)也會提升器件可靠性。美國??北卡羅來納州立大學的Ｗｏｏｎｇｊｅ?Ｓｕｎｇ等人通過在??平面柵Ｎ溝道ＳｉＣ?ＩＧＢＴ器件的Ｐ阱下方注入了??一層重摻雜Ｐ型屏蔽層，如圖２所示。??圖２平面柵Ｎ溝道ＳｉＣ空穴勢壘層－ＩＧＢＴ示意圖??Ｆｉｇ．?２?Ｔｈｅ?ｐｌａｎａｒ?ｇａｔｅ?Ｎ－ｃｈａｎｎｅｌ?ＳｉＣ?ｂａｒｒｉｅｒ?ｌａｙｅｒ－ＩＧＢＴ??由于重摻雜ｐ型屏蔽層存在，使得其在ｐ阱??下方形成了空穴勢壘區(qū)，阻止了空穴的泄露，且降??低了器件的飽和電流，進一步促使器件提升了開??關(guān)速度，降低了開關(guān)損耗并優(yōu)化了短路能力，但這??里未提及短路耐受能力的具體值。近期，北卡羅來??納州立大學的Ａｓｈｉｓｈ?Ｋｕｍａｒ等人第一次通過仿真??和試驗同時對耐壓１５?ｋＶ的Ｎ溝道ＳｉＣ?ＩＧＢＴ器??件的短路特性進行了研宄，其短路耐受時間可以??達到１．５?ｆＪＬＳ，但仍未達到理想需求值，而短路特性??及器件的可靠性作為ＳｉＣ?ＩＧＢＴ器件的一個研宄??熱點，仍需對器件結(jié)構(gòu)與參數(shù)進行不斷研宂與優(yōu)??化。然而，與Ｐ溝道ＳｉＣ?ＩＧＢＴ器件不同，Ｎ溝道??ＳｉＣ?ＩＧＢＴ器件的Ｐ型襯底問題，因此，在器件性??能優(yōu)化的同時，各國研究團隊也在探求如何解決??此問題。美國Ｃｒｅｅ公司由于技術(shù)的先進，其制備??的Ｎ溝道Ｓｉ

，仍需對器件結(jié)構(gòu)與參數(shù)進行不斷研宂與優(yōu)??化。然而，與Ｐ溝道ＳｉＣ?ＩＧＢＴ器件不同，Ｎ溝道??ＳｉＣ?ＩＧＢＴ器件的Ｐ型襯底問題，因此，在器件性??能優(yōu)化的同時，各國研究團隊也在探求如何解決??此問題。美國Ｃｒｅｅ公司由于技術(shù)的先進，其制備??的Ｎ溝道ＳｉＣ?ＩＧＢＴ器件所需的Ｐ型襯底（即Ｐ型??集電極）是通過外延生長所得，并在Ｐ型ＳｉＣ襯底??外延器件所需各結(jié)構(gòu)層。而日本Ａ１ＳＴ的Ｙｏｓｈｉｙｕｋｉ??等巧妙利用翻轉(zhuǎn)，提出了翻轉(zhuǎn)型Ｎ溝道ＳｉＣ?ＩＧＢＴ??器件Ｗ，其流程圖見圖３。通過將圖３中步驟③所??得的最終器件結(jié)構(gòu)按照倒序（圖３步驟①）逐層外??延，然后將其翻轉(zhuǎn)，研磨掉結(jié)構(gòu)不需要的Ｎ型ＳｉＣ??襯底，同時使得Ｐ型外延層作為集電極區(qū)進行空??穴注入。此方法雖然較好地解決了Ｐ型襯底缺乏??的問題，但其工藝步驟繁瑣，且受應力等因素的影??響，在研磨時，外延片易碎裂。而翻轉(zhuǎn)型Ｎ溝道??ＳｉＣ?ＩＧＢＴ器件促進了?Ｎ溝道ＳｉＣ?ＩＧＢＴ器件的發(fā)??展，突破了?Ｐ型襯底缺乏的瓶頸。??圖３翻轉(zhuǎn)型Ｎ溝道ＳｉＣ?ＩＧＢＴ流程圖??Ｆｉｇ．?３?Ｆｌｏｗｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｌｉｐ－ｔｙｐｅ?Ｎ－ｃｈａｎｎｅｌ?ＳｉＣ?ＩＧＢＴ??與翻轉(zhuǎn)型不同的是，中國南京電子器件研宄??所的楊同同等通過在Ｎ型襯底按器件結(jié)構(gòu)順序??（圖４步驟①）依次外延生長器件各結(jié)構(gòu)層１５１，其??流程圖如圖４所示，然后通過研磨將Ｎ型襯底去??掉，后又使用激光退火激活Ｐ型集電極區(qū)，從而制??備了耐壓１２?ｋＶ的Ｎ溝道ＳｉＣ?ＩＧＢＴ器件。激光退??火工藝不僅提升了Ｐ型集電極區(qū)質(zhì)量，而且不會??對器件其他部分造成損傷。Ｎ溝道ＳｉＣ?ＩＧＢＴ

【參考文獻】：
期刊論文
[1]12kV 4H-SiC N溝道IGBT的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 楊同同,陶永洪,楊曉磊,黃潤華,柏松.  固體電子學研究與進展. 2018(05)
[2]IGBT器件的發(fā)展[J]. 戚麗娜,張景超,劉利峰,趙善麒.  電力電子技術(shù). 2012(12)



本文編號：3278229