高壓4H-SiC JBS二極管新型結(jié)終端技術(shù)研究.pdf

1、隨著應(yīng)用環(huán)境的不斷變化和應(yīng)用要求的不斷提高，傳統(tǒng)硅基器件已經(jīng)接近其理論極限而難以在性能上有太大提升，因此，研究應(yīng)用下一代半導(dǎo)體材料勢在必行。第三代半導(dǎo)體材料碳化硅(SiC)，由于其具有禁帶寬度大、臨界擊穿電場高、載流子飽和速度大以及熱導(dǎo)率高等優(yōu)良特性，特別適合應(yīng)用于功率電子領(lǐng)域。功率二極管是功率電子學(xué)中最為重要的器件之一，而JBS(junction barriercontrolled Schottkey)二極管由于其出色的性能成為 Si

2、C二極管的主流結(jié)構(gòu)。因此，SiC功率器件的產(chǎn)業(yè)化離不開SiC JBS二極管的發(fā)展。
　　由于曲率效應(yīng)的影響，功率半導(dǎo)體器件往往需要制作結(jié)終端來改善器件的反向特性。由于 SiC材料和工藝方面的特殊性，有些基于硅基器件開發(fā)的結(jié)終端技術(shù)直接應(yīng)用于碳化硅功率半導(dǎo)體器件比較困難。因此，研究 SiC功率器件的結(jié)終端技術(shù)就顯得尤為重要。本文基于Silvaco公司的數(shù)值仿真工具Atlas對SiC JBS基本特性和結(jié)終端技術(shù)進(jìn)行研究。對場板(FP)

3、技術(shù)、場限環(huán)(FLR)技術(shù)、單區(qū)結(jié)終端擴(kuò)展(JTE)技術(shù)的耐壓機(jī)理進(jìn)行了理論分析，運(yùn)用仿真工具對各種結(jié)終端結(jié)構(gòu)中器件性能與各結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的相互關(guān)系進(jìn)行了仿真研究和理論解釋。對 SiC器件上特有的多區(qū)JTE實(shí)現(xiàn)形式—刻蝕型JTE進(jìn)行了理論分析和仿真研究。
　　本論文基于通過刻蝕來調(diào)制JTE中電荷的基本思想及業(yè)界制作刻蝕型JTE的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，提出了一種稱為橫向變刻蝕JTE(VLE-JTE)的新型結(jié)終端結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)突破了傳統(tǒng)刻蝕型JTE中

4、一次刻蝕只能形成一個JTE區(qū)域的局限，通過改變JTE上刻蝕窗口的大小來控制JTE中的電荷分布，從而可以通過一次刻蝕形成多個JTE區(qū)域。理論分析表明，該結(jié)構(gòu)可以很方便地實(shí)現(xiàn)各種電荷分布，很好地解決了SiC器件中多區(qū)JTE實(shí)現(xiàn)困難的問題。仿真結(jié)果表明，VLE-JTE相對于傳統(tǒng)刻蝕型JTE能夠?qū)舸╇妷禾岣?00V，使器件擊穿電壓達(dá)到6500V。此外，仿真結(jié)果還表明，VLE-JTE擁有比傳統(tǒng)刻蝕型JTE更為優(yōu)良的工藝容差特性。這對于解決長期影