4H-SiC晶閘管電荷調(diào)制JTE的研究.pdf

1、4H-SiC晶閘管以其耐壓高、通態(tài)壓降小、通態(tài)功耗低等優(yōu)點在特大功率的工頻開關(guān)應(yīng)用，尤其是高壓直流輸電（highvoltageDC，HVDC）中具有較大優(yōu)勢。高效的結(jié)終端結(jié)構(gòu)設(shè)計是實現(xiàn)超高壓晶閘管的一大挑戰(zhàn)。本文針對20kV4H-SiC晶閘管提出一種稱為電荷調(diào)制JTE的新型終端結(jié)構(gòu)，該終端僅需兩步離子注入便可形成具有電荷調(diào)制功能的三區(qū)JTE結(jié)構(gòu)。運用Silvaco軟件對新型終端進(jìn)行了仿真研究，結(jié)果表明，該終端不僅具有高的耐壓能力，而且減

2、小了擊穿電壓對JTE區(qū)劑量的敏感度，增加了工藝魯棒性。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　首先仿真研究了4H-SiC晶閘管臺面結(jié)終端，臺面+JTE結(jié)終端以及臺面+三區(qū)JTE結(jié)終端三種終端技術(shù)，得到各終端的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與器件擊穿特性之間的優(yōu)化關(guān)系，為新終端的提出奠定了一定的基礎(chǔ)。
　　第二，提出一種新型的電荷調(diào)制JTE終端，理論分析了其耐壓機(jī)理。通過仿真手段優(yōu)化JTE中調(diào)制環(huán)的環(huán)間距、環(huán)個數(shù)等參數(shù)使器件擊穿特性達(dá)到最優(yōu)。最終獲得26

3、.24kV的高耐壓值，且擊穿電壓在整個有效劑量區(qū)保持穩(wěn)定。研究光刻偏差對器件擊穿特性的影響，結(jié)果顯示光刻工藝偏差在2μm之內(nèi)時，擊穿電壓變化甚小，說明了兩步離子注入工藝制作電荷調(diào)制JTE的可行性。
　　第三，通過對比新型終端和單區(qū)JTE，三區(qū)JTE的終端效率，工藝容差，界面電荷影響幾個方面來說明新型終端的高效性。結(jié)果顯示相比于其他兩種終端，新型終端的電場分布均勻，其終端效率最高可達(dá)99％；擁有更優(yōu)的工藝容差特性，耐壓在一個寬的劑量