SiC光觸發(fā)晶閘管的研制與特性分析
發(fā)布時間：2021-12-12 03:23
碳化硅（SiC）光觸發(fā)晶閘管（LTT）在工業(yè)和國防領(lǐng)域均具有重要的應(yīng)用價值。在此通過理論設(shè)計與實驗研究相結(jié)合的方法,對4H-SiC LTT進行了研制。所研制SiC LTT為p型長基區(qū)結(jié)構(gòu),長基區(qū)厚度為80μm,雜質(zhì)濃度為2×1014cm-3。為改善陽極發(fā)射結(jié)空穴注入效率低的問題,短基區(qū)設(shè)計為雙層結(jié)構(gòu),其中上層輕摻雜層厚度為0.3μm、下層厚度為1.7μm。測試結(jié)果顯示,所研制SiC LTT正向開啟電壓為3.1 V,通態(tài)壓降為4.39 V,比導(dǎo)通電阻約為87.8 mΩ·cm2;在100 mW/cm2,365 nm紫外（UV）光觸發(fā)下,開通延遲時間約為14.9μs,陽極電壓下降時間為100 ns,陽極電流上升時間約為11.5μs。
【文章來源】：電力電子技術(shù). 2020,54(10)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：3 頁
【部分圖文】：
圖２?ＳｉＣ?ＬＴＴ外延層結(jié)構(gòu)橫斷面ＳＥＭ圖??Ｆｉｇ．?２?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ＳｉＣ?ＬＴＴ?ｅｐｉｔａｘｉａｌ?ｌａｙｅｒｓ??
ＳｉＣ光觸發(fā)晶閘管的研制與特性分析??２器件結(jié)構(gòu)??所設(shè)計ＳｉＣ?ＬＴＴ器件結(jié)構(gòu)見圖１。為改善ＳｉＣ??ＬＴＴ陽極發(fā)射結(jié)空穴注入效率低問題，所設(shè)計ＳｉＣ??ＬＴＴ采用了雙層ｎ型短基區(qū)結(jié)構(gòu)，其中雙層ｎ型??短基區(qū)結(jié)構(gòu)上層輕摻雜層厚度為０．３?上層輕??摻雜層雜質(zhì)濃度２ｘｌ０１５?ｃｍ－３、下層厚度為１．７?ｐｍ、??下層雜質(zhì)濃度為２ｘｌ０１７?ｃｍ－３。此外，由于ＳｉＣ晶片??透明且ＳｉＣ?ＬＴＴ無門電極結(jié)構(gòu)，所設(shè)計ＳｉＣ?ＬＴＴ??采用了無門極槽結(jié)構(gòu)，使器件制造工藝得到簡化。??雜？濃度／ｃｍ?－?３??２－１０＇－?２ｘｌ０１７?ＺｘｌＱ＇１；??ｉ０．３＇ｕｍ＇?！??圖２?ＳｉＣ?ＬＴＴ外延層結(jié)構(gòu)橫斷面ＳＥＭ圖??Ｆｉｇ．?２?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ＳｉＣ?ＬＴＴ?ｅｐｉｔａｘｉａｌ?ｌａｙｅｒｓ??基于上述ＳｉＣ外延晶片，開展ＳｉＣ?ＬＩＴ的器件??制造工藝實驗。首先對ＳｉＣ外延晶片進行ＲＣＡ標(biāo)??準(zhǔn)清洗工藝處理，烘千后淀積Ｓｉ０２掩膜通過干法??刻蝕工藝進行對版標(biāo)記刻蝕；接著在晶片襯底Ｃ面??蒸鍍２００?ｒｕｎ厚的金屬Ｎｉ，并在氮氣氣氛保護下進??行１?０５０弋，２?ｍｉｎ的快速退火形成陰極歐姆接觸；??之后在外延層上表面通過光刻－蒸鍍－剝離方法形??成６０?ｎｍ／３０?ｎｍ／８０?ｎｍ的Ｎｉ／Ｔｉ／Ａ丨多層金屬，并在??氮氣氣氛保護下進行８００?２?ｍｉｎ快速退火形成??陽極歐姆接觸；隨后在陰極一側(cè)蒸鍍２?ｐｍ厚的金??屬Ａｇ，在陽極一側(cè)通過光刻－蒸鍍－剝離的方法形??成２?ｊｕｎ厚的Ａ１?Ｐａｄ金屬。完成制作ＳｉＣ?ＬＴＴ管??芯經(jīng)劃片后采用ＴＯ－２５４管殼進行封裝。??４特
０?２?ｍｉｎ快速退火形成??陽極歐姆接觸；隨后在陰極一側(cè)蒸鍍２?ｐｍ厚的金??屬Ａｇ，在陽極一側(cè)通過光刻－蒸鍍－剝離的方法形??成２?ｊｕｎ厚的Ａ１?Ｐａｄ金屬。完成制作ＳｉＣ?ＬＴＴ管??芯經(jīng)劃片后采用ＴＯ－２５４管殼進行封裝。??４特性分析??所研制ＳｉＣ?ＬＴＴ的正向?qū)ㄌ匦酝ㄟ^??Ｂ１５０５Ａ功率器件測試系統(tǒng)進行測試。測試過程??中，使用波長?３６５ｎｍ?的?ＵＶ?ＬＥＤ（ＮＣＳＵ０３３Ｂ）向ＳｉＣ??ＬＴＴ光窗口加載強度／。為１００?ｍＷ／ｃｍ２的恒定ＵＶ??光。圖３為正向直接導(dǎo)通時所研制４Ｈ－ＳｉＣ?ＬＴＴ陽??極電流ｉＡ－電壓…特性曲線�？梢�，ＳｉＣＬＴＴ正向??直接導(dǎo)通特性曲線類似于ＰｉＮ二極管，對應(yīng)正向??開啟電壓為３．１?Ｖ，當(dāng)正向電流為２?Ａ?xí)r，ＳｉＣ?ＬＴＴ??正向電流密度為５０?Ａ／ｃｍ２，對應(yīng)通態(tài)壓降４．３９?Ｖ，??比導(dǎo)通電阻約為８７．８?ｍｆｌ＊ｃｍ２。??為測試所研制４Ｈ－ＳｉＣ?ＬＴＴ的光觸發(fā)特性，搭??建原理如圖４所示的測試電路。所搭建測試電路??主要由充電電源ｔ／，、電容Ｃ、負載電阻札、雜散電??５??３．５??３??２．５??２??１．５??Ｉ??０．５??？ａ／Ｖ??圖３?Ｓｉｃ?Ｌｒｒ正向直接導(dǎo)通特性曲線??Ｆｉｇ．?３?Ｆｏｒｗａｒｄ?ｄｉｒｅｃｔ?ｏｎ－ｓｔａｔｅ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ＳｉＣ?ＬＴＴ??能夠縮減平臺驅(qū)動電路體積與質(zhì)量的同時，可大??幅提高系統(tǒng)的抗電磁干擾能力１８］。因此，對ＳｉＣ??ＬＴＴ進行研究，對于工業(yè)和國防均具有重要意義。??此處在理論設(shè)計的基礎(chǔ)上，開展了?ＳｉＣ?ＬＴＴ??的研制工作，并
本文編號：3535916
【文章來源】：電力電子技術(shù). 2020,54(10)北大核心CSCD
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【部分圖文】：
圖２?ＳｉＣ?ＬＴＴ外延層結(jié)構(gòu)橫斷面ＳＥＭ圖??Ｆｉｇ．?２?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ＳｉＣ?ＬＴＴ?ｅｐｉｔａｘｉａｌ?ｌａｙｅｒｓ??
ＳｉＣ光觸發(fā)晶閘管的研制與特性分析??２器件結(jié)構(gòu)??所設(shè)計ＳｉＣ?ＬＴＴ器件結(jié)構(gòu)見圖１。為改善ＳｉＣ??ＬＴＴ陽極發(fā)射結(jié)空穴注入效率低問題，所設(shè)計ＳｉＣ??ＬＴＴ采用了雙層ｎ型短基區(qū)結(jié)構(gòu)，其中雙層ｎ型??短基區(qū)結(jié)構(gòu)上層輕摻雜層厚度為０．３?上層輕??摻雜層雜質(zhì)濃度２ｘｌ０１５?ｃｍ－３、下層厚度為１．７?ｐｍ、??下層雜質(zhì)濃度為２ｘｌ０１７?ｃｍ－３。此外，由于ＳｉＣ晶片??透明且ＳｉＣ?ＬＴＴ無門電極結(jié)構(gòu)，所設(shè)計ＳｉＣ?ＬＴＴ??采用了無門極槽結(jié)構(gòu)，使器件制造工藝得到簡化。??雜？濃度／ｃｍ?－?３??２－１０＇－?２ｘｌ０１７?ＺｘｌＱ＇１；??ｉ０．３＇ｕｍ＇?！??圖２?ＳｉＣ?ＬＴＴ外延層結(jié)構(gòu)橫斷面ＳＥＭ圖??Ｆｉｇ．?２?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ＳｉＣ?ＬＴＴ?ｅｐｉｔａｘｉａｌ?ｌａｙｅｒｓ??基于上述ＳｉＣ外延晶片，開展ＳｉＣ?ＬＩＴ的器件??制造工藝實驗。首先對ＳｉＣ外延晶片進行ＲＣＡ標(biāo)??準(zhǔn)清洗工藝處理，烘千后淀積Ｓｉ０２掩膜通過干法??刻蝕工藝進行對版標(biāo)記刻蝕；接著在晶片襯底Ｃ面??蒸鍍２００?ｒｕｎ厚的金屬Ｎｉ，并在氮氣氣氛保護下進??行１?０５０弋，２?ｍｉｎ的快速退火形成陰極歐姆接觸；??之后在外延層上表面通過光刻－蒸鍍－剝離方法形??成６０?ｎｍ／３０?ｎｍ／８０?ｎｍ的Ｎｉ／Ｔｉ／Ａ丨多層金屬，并在??氮氣氣氛保護下進行８００?２?ｍｉｎ快速退火形成??陽極歐姆接觸；隨后在陰極一側(cè)蒸鍍２?ｐｍ厚的金??屬Ａｇ，在陽極一側(cè)通過光刻－蒸鍍－剝離的方法形??成２?ｊｕｎ厚的Ａ１?Ｐａｄ金屬。完成制作ＳｉＣ?ＬＴＴ管??芯經(jīng)劃片后采用ＴＯ－２５４管殼進行封裝。??４特
０?２?ｍｉｎ快速退火形成??陽極歐姆接觸；隨后在陰極一側(cè)蒸鍍２?ｐｍ厚的金??屬Ａｇ，在陽極一側(cè)通過光刻－蒸鍍－剝離的方法形??成２?ｊｕｎ厚的Ａ１?Ｐａｄ金屬。完成制作ＳｉＣ?ＬＴＴ管??芯經(jīng)劃片后采用ＴＯ－２５４管殼進行封裝。??４特性分析??所研制ＳｉＣ?ＬＴＴ的正向?qū)ㄌ匦酝ㄟ^??Ｂ１５０５Ａ功率器件測試系統(tǒng)進行測試。測試過程??中，使用波長?３６５ｎｍ?的?ＵＶ?ＬＥＤ（ＮＣＳＵ０３３Ｂ）向ＳｉＣ??ＬＴＴ光窗口加載強度／。為１００?ｍＷ／ｃｍ２的恒定ＵＶ??光。圖３為正向直接導(dǎo)通時所研制４Ｈ－ＳｉＣ?ＬＴＴ陽??極電流ｉＡ－電壓…特性曲線�？梢�，ＳｉＣＬＴＴ正向??直接導(dǎo)通特性曲線類似于ＰｉＮ二極管，對應(yīng)正向??開啟電壓為３．１?Ｖ，當(dāng)正向電流為２?Ａ?xí)r，ＳｉＣ?ＬＴＴ??正向電流密度為５０?Ａ／ｃｍ２，對應(yīng)通態(tài)壓降４．３９?Ｖ，??比導(dǎo)通電阻約為８７．８?ｍｆｌ＊ｃｍ２。??為測試所研制４Ｈ－ＳｉＣ?ＬＴＴ的光觸發(fā)特性，搭??建原理如圖４所示的測試電路。所搭建測試電路??主要由充電電源ｔ／，、電容Ｃ、負載電阻札、雜散電??５??３．５??３??２．５??２??１．５??Ｉ??０．５??？ａ／Ｖ??圖３?Ｓｉｃ?Ｌｒｒ正向直接導(dǎo)通特性曲線??Ｆｉｇ．?３?Ｆｏｒｗａｒｄ?ｄｉｒｅｃｔ?ｏｎ－ｓｔａｔｅ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ＳｉＣ?ＬＴＴ??能夠縮減平臺驅(qū)動電路體積與質(zhì)量的同時，可大??幅提高系統(tǒng)的抗電磁干擾能力１８］。因此，對ＳｉＣ??ＬＴＴ進行研究，對于工業(yè)和國防均具有重要意義。??此處在理論設(shè)計的基礎(chǔ)上，開展了?ＳｉＣ?ＬＴＴ??的研制工作，并
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