功率肖特基二極管及其關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、目前能源供不應(yīng)求，“開源”和“節(jié)流”是兩條最根本的解決途徑。利用功率半導(dǎo)體器件提高系統(tǒng)的效率，降低能耗，屬于“節(jié)流”的范疇，而發(fā)展電力電子的首要意義在于節(jié)約電能。功率肖特基二極管是最基本的半導(dǎo)體器件之一，其導(dǎo)通壓降、反向耐壓以及結(jié)電容等是幾項(xiàng)主要的性能指標(biāo)。為了獲取高壓、低損耗功率肖特基二極管，將從兩個(gè)方向研究功率肖特基二極管(SD)：一是沿用成熟的硅基器件工藝，通過新理論、新結(jié)構(gòu)來改善高壓功率肖特基二極管中的導(dǎo)通損耗與開關(guān)功率間的矛盾

2、關(guān)系；二是采用寬禁帶半導(dǎo)體材料如碳化硅研制的功率肖特基二極管。
　　 本文在充分了解功率肖特基二極管系統(tǒng)需求和發(fā)展現(xiàn)狀以及半導(dǎo)體材料特性，深入研究了肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)和結(jié)勢(shì)壘控制肖特基二極管(JBS)的工作原理、模擬特性，目的在于設(shè)計(jì)得到高性能、低功耗、低成本、高可靠性的Si SBD和4H-SiC JBS。本文利用Silvaco TCAD工具得到雙外延層結(jié)構(gòu)和P-well對(duì)功率肖特基二極管的影響。雙外延層可降低器件的導(dǎo)通

3、電阻而P-well可以優(yōu)化器件電場(chǎng)分布。首先，通過理論計(jì)算設(shè)計(jì)耐壓45V和100V硅基肖特基勢(shì)壘二極管，利用雙外延結(jié)構(gòu)降低SBD的靜態(tài)損耗及動(dòng)態(tài)損耗，減小元胞面積。提出了兩種新結(jié)終端結(jié)構(gòu)：(1)POP，在P+區(qū)下方形成P-well，且P-well寬度比P+區(qū)窄；(2)PIP，P-well包圍P+區(qū)。這兩種結(jié)終端結(jié)構(gòu)有效提高了硅基SBD的抗靜電能力。然后，提出了兩種新結(jié)構(gòu)4H-SiC JBS：(1)POP-JBS，在P+區(qū)下方形成P-we

4、ll，且P-well寬度比P+區(qū)窄；(2)PIP-JBS，P-well包圍P+區(qū)。這兩種4H-SiC JBS有效提高了擊穿電壓及抗靜電能力。通過理論計(jì)算設(shè)計(jì)、仿真、優(yōu)化，得到耐壓1.6kV4H-SiC PIP-JBS和耐壓1.9kV4H-SiC POP-JBS。此外，提出了POP-SBD、PIP-SBD、POP-JBS和PIP-JBS四種器件可行性工藝流程和版圖。最后進(jìn)行總結(jié)，分析了論文在功率肖特基二極管研究中的成果，并探討了該類功率器