本文關(guān)鍵詞：4H-SiC功率BJT器件特性研究

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【摘要】：第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料碳化硅(Silicon Carbide)具有高擊穿電場(chǎng)、高飽和漂移速度和高熱導(dǎo)率的特性。因此SiC功率器件在大功率、高溫及抗輻照應(yīng)用中具有很廣闊的前景。其中SiC BJT器件導(dǎo)通電阻低、耐高溫及較快的開關(guān)速度等特點(diǎn)得到了很多的關(guān)注。本文通過二維數(shù)值仿真軟件Silvaco Atlas來研究4H-Si C BJT的特性。首先簡(jiǎn)要介紹了用于仿真的物理模型,并根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出物理模型中所需的參數(shù)。根據(jù)已有的優(yōu)化后的4H-Si C BJT基本結(jié)構(gòu),研究了器件的正向特性及反向特性。其中具體分析了4H-Si C BJT器件的反向擊穿特性,并針對(duì)擊穿問題,對(duì)4H-SiC BJT使用并優(yōu)化了場(chǎng)限環(huán)、場(chǎng)板結(jié)構(gòu)。優(yōu)化后的場(chǎng)限環(huán)結(jié)深0.4μm、環(huán)摻雜濃度2×1018cm-3,可以將器件的擊穿電壓提高到1470V。場(chǎng)板結(jié)構(gòu)主要考慮了普通場(chǎng)板與臺(tái)階型場(chǎng)板結(jié)構(gòu),優(yōu)化了場(chǎng)板結(jié)構(gòu)中金屬電極的長(zhǎng)度,以及氧化層的厚度,最終擊穿電壓達(dá)到1475V左右。對(duì)于4H-Si C BJT外基區(qū)表面界面態(tài)導(dǎo)致的復(fù)合電流問題,提出了兩種結(jié)構(gòu)來抑制該復(fù)合電流。一種結(jié)構(gòu)是外基區(qū)重?fù)诫s結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)通過濃度差異產(chǎn)生內(nèi)建電場(chǎng),內(nèi)建電場(chǎng)阻止電子向外基區(qū)表面擴(kuò)散,該結(jié)構(gòu)優(yōu)化后重?fù)诫s濃度為8×1018cm-3、摻雜深度為0.2μm,最大電流增益可以達(dá)到46。另一種結(jié)構(gòu)是外基區(qū)鈍化層負(fù)離子注入結(jié)構(gòu),負(fù)離子引起的電場(chǎng)調(diào)制外基區(qū)表面勢(shì),減小少子濃度,降低載流子復(fù)合率,從而提高電流增益。該結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的最大電流增益為44。最后簡(jiǎn)述了實(shí)驗(yàn)中所用的器件結(jié)構(gòu),并對(duì)每種結(jié)構(gòu)給出了具體實(shí)驗(yàn)步驟,根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟給出實(shí)驗(yàn)版圖的設(shè)計(jì)。針對(duì)離子注入工藝進(jìn)行了研究。對(duì)于離子注入使用軟件TRIM進(jìn)行了仿真,給出了結(jié)終端結(jié)構(gòu)及抑制界面復(fù)合電流結(jié)構(gòu)中所需離子注入的能量與劑量。
【關(guān)鍵詞】：碳化硅 雙極型晶體管 電流增益 結(jié)終端 界面態(tài)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN322;TN304.24
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 SiC基本材料特性9-10
• 1.2 SiC器件發(fā)展?fàn)顩r10-12
• 1.3 SiC BJT國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況12-14
• 1.4 本文主要內(nèi)容14-15
• 第二章 仿真模型與 4H-Si C BJT基本工作原理15-27
• 2.1 二維仿真基本模型簡(jiǎn)介15-20
• 2.1.1 雜質(zhì)不完全離化模型15-16
• 2.1.2 載流子遷移率模型16-17
• 2.1.3 帶隙模型17-18
• 2.1.4 載流子復(fù)合模型18-19
• 2.1.5 碰撞電離模型19-20
• 2.2 4H-SiC BJT的基本工作原理20-26
• 2.2.1 電流增益21-23
• 2.2.2 擊穿電壓23-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第三章 4H-SiC BJT基本特性仿真與結(jié)終端設(shè)計(jì)27-49
• 3.1 4H-SiC BJT基本結(jié)構(gòu)27-28
• 3.2 直流特性仿真研究28-30
• 3.3 反向特性仿真研究30-32
• 3.4 4H-SiC BJT結(jié)終端設(shè)計(jì)32-47
• 3.4.1 場(chǎng)限環(huán)終端結(jié)構(gòu)32-40
• 3.4.1.1 單個(gè)場(chǎng)限環(huán)的仿真與優(yōu)化33-37
• 3.4.1.3 多個(gè)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與仿真37-40
• 3.4.2 場(chǎng)板終端結(jié)構(gòu)40-47
• 3.4.2.1 單層場(chǎng)板設(shè)計(jì)優(yōu)化40-44
• 3.4.2.2 臺(tái)階型場(chǎng)板設(shè)計(jì)與優(yōu)化44-47
• 3.5 本章小結(jié)47-49
• 第四章 4H-SiC BJT新結(jié)構(gòu)研究49-63
• 4.1 界面態(tài)對(duì)BJT電流增益的影響49-52
• 4.2 抑制界面態(tài)的研究現(xiàn)狀52-53
• 4.3 抑制界面復(fù)合電流的新結(jié)構(gòu)53-62
• 4.3.1 外基區(qū)表面重?fù)诫s結(jié)構(gòu)54-59
• 4.3.2 氟離子注入結(jié)構(gòu)59-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 第五章 4H-SiC BJT實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)63-76
• 5.1 4H-SiC BJT實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)63-68
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)具體步驟64-66
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)版圖設(shè)計(jì)66-68
• 5.1.2.1 版圖說明66-67
• 5.1.2.2 對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記67-68
• 5.2 SiC關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)步驟研究68-74
• 5.2.1 離子注入69-72
• 5.2.2 歐姆接觸72-74
• 5.3 本章小結(jié)74-76
• 第六章 結(jié)論76-78
• 致謝78-79
• 參考文獻(xiàn)79-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果84-85

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本文編號(hào)：838774