以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的寬禁帶半導體材料,在高溫、高壓、高功率和輻射等應用領域展現(xiàn)了巨大的材料優(yōu)勢和廣闊的應用前景,適合制作電力電子功率器件。相對于傳統(tǒng)Si基材料和器件及其他常見的半導體材料和器件,有著諸多優(yōu)越的特性,而且這些優(yōu)勢會在未來幾年在全球市場中愈發(fā)明顯。4H-SiC JBS/SBD功率二極管是目前商業(yè)化最成熟、發(fā)展最快的SiC功率器件,已經(jīng)具有了一定的研究和應用基礎。但是4H-SiC JBS/SBD功率二極管在高溫、高電壓、高電流、快開關速度這四個具有巨大優(yōu)勢的方面,依然存在著一些可靠性問題。本文針對4H-SiC SBD/JBS二極管在上述應用環(huán)境下的可靠性,開展了實驗研究和理論研究,下面為主要的研究內(nèi)容及創(chuàng)新成果:（1）研究了4H-SiC SBD/JBS功率二極管的基本理論及工藝,為開展可靠性實驗奠定理論和實驗基礎。首先,系統(tǒng)地建立了4H-SiC SBD/JBS二極管的常用電學參數(shù)和熱學參數(shù),可較好地表征可靠性實驗中器件的性能與質(zhì)量。其次,研究了失效機理分析需要使用的物理模型,包括肖特基接觸模型、雪崩碰撞離化模型、雜質(zhì)不完全離化模型、禁帶寬度模型和熱流輸... 

【文章來源】：西安電子科技大學陜西省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：141 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號對照表
縮略語對照表
第一章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.2 SiC材料和器件的優(yōu)勢
        1.1.3 SiC SBD/JBS二極管的發(fā)展現(xiàn)狀
    1.2 SiC功率SBD/JBS二極管可靠性物理的研究意義
        1.2.1 研究意義
        1.2.2 可靠性研究現(xiàn)狀
        1.2.3 存在的主要問題
    1.3 本文主要工作
第二章 SiC JBS/SBD的器件物理及樣品制備
    2.1 器件物理
        2.1.1 基本結(jié)構
        2.1.2 工作原理
        2.1.3 電學參數(shù)
        2.1.4 熱學參數(shù)
    2.2 物理模型
        2.2.1 基本方程
        2.2.2 物理模型
    2.3 器件工藝設計及制備
        2.3.1 工藝設計
        2.3.2 器件的特性測試與分析
    2.4 本章小結(jié)
第三章 高溫存儲應力下4H-SiC JBS二極管退化機理研究
    3.1 實驗準備
        3.1.1 實驗簡介
        3.1.2 實驗樣品
        3.1.3 高溫I-V測試系統(tǒng)高溫測試系統(tǒng)
    3.2 器件電學特性
        3.2.1 正向I-V特性
        3.2.2 反向阻斷I-V特性
    3.3 高溫存儲退化機制分析
        3.3.1 4H-SiC MOS電容高溫存儲實驗
        3.3.2 器件數(shù)值模擬仿真
        3.3.3 雪崩擊穿發(fā)光實驗
        3.3.4 具有場板結(jié)構的4H-SiC SBD測試分析
        3.3.5 高溫存儲過程中載流子輸運機制
    3.4 本章小結(jié)
第四章 重復動態(tài)雪崩應力下4H-SiC JBS二極管退化機理研究
    4.1 功率二極管重復動態(tài)雪崩實驗簡介
    4.2 重復動態(tài)雪崩實驗
        4.2.1 實驗準備
        4.2.2 器件電學特性
        4.2.3 電學參數(shù)漂移機制
    4.3 器件失效分析
        4.3.1 實驗準備
        4.3.2 器件電學特性
    4.4 4H-SiC JBS二極管終端結(jié)構的改進與驗證
        4.4.1 器件結(jié)構的設計理論
        4.4.2 實驗驗證
    4.5 本章小結(jié)
第五章 浪涌應力下4H-SiC JBS二極管失效機理研究
    5.1 浪涌實驗簡介
    5.2 實驗準備
        5.2.1 實驗樣品
        5.2.2 實驗設備
        5.2.3 實驗方案
    5.3 器件測試結(jié)果
        5.3.1 瞬態(tài)I-V特性
        5.3.2 正向?qū)ㄌ匦?br>        5.3.3 反向阻斷特性
    5.4 浪涌機制分析
        5.4.1 瞬態(tài)I-V機制
        5.4.2 正向?qū)ê头聪蜃钄嗵匦詸C制
    5.5 浪涌能力的改進及驗證
        5.5.1 器件結(jié)構的設計理論
        5.5.2 實驗驗證
    5.6 本章小結(jié)
第六章 高dv/dt應力下4H-SiC JBS二極管失效機理研究
    6.1 dv/dt實驗簡介
    6.2 實驗準備
        6.2.1 實驗樣品
        6.2.2 實驗設備
        6.2.3 實驗方案
    6.3 器件電學特性
        6.3.1 瞬態(tài)電壓特性
        6.3.2 正向?qū)ㄌ匦?br>        6.3.3 反向擊穿特性
    6.4 器件退化機制
    6.5 本章小結(jié)
第七章 結(jié)束語
參考文獻
致謝
作者簡介


【參考文獻】：
期刊論文
[1]1700V SiC SBD器件的研制[J]. 史晶晶,周正東,高云斌,吳佳.  大功率變流技術. 2016(05)
[2]SiC功率器件應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 漆宇,李彥涌,胡家喜,范偉,唐威.  大功率變流技術. 2016(05)
[3]采用場限環(huán)終端的2.5mΩ·cm2,1750V4H-SiC結(jié)勢壘肖特基二極管（英文）[J]. 任娜,盛況.  中國電機工程學報. 2015(21)
[4]4H-SiC結(jié)勢壘肖特基二極管VRSM特性研究[J]. 顧春德,劉斯揚,馬榮晶,孫偉鋒,黃潤華,陶永洪,劉奧,汪玲.  電子器件. 2015(04)
[5]3300 V-10 A SiC肖特基二極管[J]. 倪煒江.  半導體技術. 2014(11)
[6]4500V碳化硅肖特基二極管研究[J]. 黃潤華,李理,陶永洪,劉奧,陳剛,李赟,柏松,栗銳,楊立杰,陳堂勝.  固體電子學研究與進展. 2013(03)
[7]2700V 4H-SiC結(jié)勢壘肖特基二極管[J]. 倪煒江,李宇柱,李哲洋,李赟,王雯,賈鈴鈴,柏松,陳辰.  固體電子學研究與進展. 2011(03)

博士論文
[1]4H-SiC PiN功率二極管研制及其關鍵技術研究[D]. 韓超.西安電子科技大學 2016
[2]4H-SiC功率UMOSFETs的設計與關鍵技術研究[D]. 宋慶文.西安電子科技大學 2012

碩士論文
[1]4H-SiC歐姆接觸制備及高溫熱穩(wěn)定性研究[D]. 程越.上海師范大學 2015
[2]4H-SiC肖特基二極管高溫可靠性研究[D]. 魏珖.西安電子科技大學 2014
[3]4H-SiC功率BJT的實驗研究[D]. 元磊.西安電子科技大學 2012



本文編號：3481944