近年來,隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展,傳統(tǒng)硅基器件性能已經(jīng)逼近其理論極限。在難以大幅度地優(yōu)化硅基器件性能背景下,碳化硅功率器件因其大電流、高電壓、高頻率、低損耗的特點(diǎn),能夠顯著的提升系統(tǒng)的性能而備受青睞。特別是在高效能源轉(zhuǎn)換方面,碳化硅功率器件發(fā)揮著非常重要的作用。SiC MOSFET因?yàn)榫哂袑?dǎo)通電阻低、熱穩(wěn)定性好、開關(guān)速度快、阻斷電壓高的優(yōu)點(diǎn),成為了目前發(fā)展最快的功率半導(dǎo)體器件之一。在當(dāng)前的電力電子的應(yīng)用環(huán)境下,高頻是一個(gè)極其重要的應(yīng)用需求。在高頻應(yīng)用中,SiC MOSFET的動(dòng)態(tài)損耗成為了系統(tǒng)損耗的主要來源,并且決定著電路系統(tǒng)的應(yīng)用效率。然而,SiC MOSFET的現(xiàn)有性能還未達(dá)到其理論水平�；赟iC MOSFET在高頻情況下動(dòng)態(tài)損耗較大的問題,本文設(shè)計(jì)優(yōu)化了一種集成肖特基勢壘二極管（Schottky Barrier Diode,SBD）的3300V SiC分裂柵MOSFET（SSG-MOS）器件,并且為了進(jìn)一步改善器件的高頻優(yōu)值HF-FOM(₉,)×₂（9）),提出了集成SBD的緩沖柵結(jié)構(gòu)的SiC MOSFET（Buffered Gate... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同功率半導(dǎo)體工作頻率和應(yīng)用領(lǐng)域

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4N-driftN+subDrainGateSchottkySourceP-wellP-wellP+OhmicN+N+P+OhmicPolyPolyDrainN+subN+wellPwellPP+P+P+P+N+OhmicOhmicSchottkyN-drift（a）（b）圖1-3集成SBD的SiCMOSFET結(jié)構(gòu)。（a）JFET區(qū)集成SBD的SiCMOSFET[18]；（b）改進(jìn)后的集成SBD的MOSFET結(jié)構(gòu)[19]2016年,WoonjeSung等人提出了一種將SiCJBS與MOSFET集成在同一個(gè)襯底上的設(shè)計(jì)方案，從而形成了集成JBS的SiCMOSFET的結(jié)構(gòu)[20]。如圖1-4（a），（b）所示，分別給出了該器件的結(jié)構(gòu)圖和版圖。由于JBS和MOSFET的終端區(qū)域是共用的，相比常規(guī)相同等級的SiCMOSFET，集成JBS的SiCMOSFET可以節(jié)省10%的芯片面積。此外，該器件的損耗也大大降低，更適用于高頻的應(yīng)用場景。（a）（b）圖1-4集成了JBS的MOSFET結(jié)構(gòu)及版圖[20]。（a）元胞結(jié)構(gòu)圖；（b）版圖設(shè)計(jì)2017年，YusukeKobayashi等人提出了一種新型集成SBD的溝槽型SiCMOSFET（SWITCH-MOS)[21]，如圖1-5所示。該器件在溝槽型SiCMOSFET體內(nèi)集成肖特基接觸，此肖特基接觸為豎直方向，與溝道方向平行，同時(shí)該器件也在肖特基接觸的下方設(shè)置了P+保護(hù)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的集成SBD的溝槽SiCMOSFET基本性能與常規(guī)溝槽SiCMOSFET相同，同時(shí)具有較低的比導(dǎo)通電阻和開關(guān)損耗。

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文6圖1-7具有三級保護(hù)結(jié)構(gòu)的肖特基二極管的SiC溝槽MOSFET[24]目前，國際上SiCMOSFET的主要生產(chǎn)廠商有Cree、ROHM、Infineon、STMicroelectronics、ONSemiconductor，Microsemi等。Cree推出的1200VSiCMOSFET產(chǎn)品綜合能力強(qiáng)，具有極好的可靠性，雪崩耐量（EAS）達(dá)到了2J，不過其閾值電壓偏低。ROHM推出的SiCMOSFET產(chǎn)品采用的是doubletrench結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有較低的反向恢復(fù)電荷低和泄漏電流。Infineon推出的SiCMOSFET采用的是CoolSiC超結(jié)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的閾值電壓達(dá)到4.5V，抗干擾能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)損耗較小并且?guī)缀跖c溫度無關(guān)。STMicroelectronics推出的SiCMOSFET產(chǎn)品的最高工作溫度可達(dá)到200℃，而其他廠商的同類產(chǎn)品的最高溫度只能達(dá)到175℃。ONSemiconductor推出的1200VSiCMOSFET器件具有較小的開關(guān)損耗以及較低的反向恢復(fù)電荷，但是，該產(chǎn)品的反向泄露電流較大，并且雪崩耐量極低，僅171mJ。Microsemi推出的1200VSiCMOSFET產(chǎn)品具有較低的結(jié)殼熱阻0.3K/W，該產(chǎn)品的魯棒性性能較好，具有較高的EAS，達(dá)到了2J，在母線電壓為960V時(shí)，短路時(shí)間能達(dá)到3μs。不過該產(chǎn)品的開關(guān)特性以及反向恢復(fù)特性較差。我國在SiC功率器件的研究方面起步較晚，距國際上的頂尖水平還有一定距離。不過，國家目前加大了對碳化硅半導(dǎo)體材料的重視，投入了眾多資源支持有關(guān)方面的研究。國內(nèi)目前也有不少廠商如泰科天潤、基本半導(dǎo)體和瑞能半導(dǎo)體等陸續(xù)推出了SiC功率器件產(chǎn)品。泰科天潤目前主要以SiC肖特基二極管系列產(chǎn)品為主，覆蓋600V，1200V，1700V，3300V等應(yīng)用等級，器件的封裝類型主要為To-247，To-220。深圳基本半導(dǎo)體推出的SiC產(chǎn)品主要包括SiC二極管和SiCMOSFET。2018年10月，該公司推出了1200VSiCMOSFET產(chǎn)品，該款產(chǎn)品是國內(nèi)首個(gè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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