高壓SiCJBS二極管的設(shè)計(jì)優(yōu)化與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管(Silicon Carbide Junction Barrier controlled Schottkey Diode，SiC JBS)是以寬禁帶半導(dǎo)體材料碳化硅為基底的功率器件。碳化硅具有極高的熱、化學(xué)及機(jī)械穩(wěn)定性等優(yōu)良的材料特性，其中高熱導(dǎo)率、高臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度以及高飽和載流子漂移速度等優(yōu)點(diǎn)使其成為制作功率器件非常理想的半導(dǎo)體材料。本論文基于半導(dǎo)體器件物理理論基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真對(duì)4H-SiC JBS二

2、極管進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)；根據(jù)實(shí)際工藝條件，研究關(guān)鍵工藝技術(shù)，確定工藝流程；最后完成二極管流片實(shí)驗(yàn)。
　　本文基于軟件仿真，確定4H-SiC JBS二極管元胞關(guān)鍵參數(shù)，如P+環(huán)寬、環(huán)間距及摻雜濃度分布，并獲得了正向特性和反向特性與各參數(shù)之間的關(guān)系。在得到優(yōu)化元胞的基礎(chǔ)上，對(duì)幾種主要的結(jié)終端結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，包括緩變環(huán)間距場(chǎng)限環(huán)（Field Limiting Ring，F(xiàn)LR）、刻蝕型結(jié)終端擴(kuò)展（Junction Termination Ex

3、tension，JTE）以及反摻雜離子注入型JTE。首先研究了緩變環(huán)間距FLR和多區(qū)刻蝕型JTE結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵參數(shù)對(duì)擊穿特性的影響，并實(shí)現(xiàn)6700V和6500V的擊穿電壓，擊穿效率分別達(dá)94％和91%。多區(qū)刻蝕型JTE通過對(duì)電荷的調(diào)制使結(jié)面電場(chǎng)變化均勻，有效緩解了主結(jié)邊緣及JTE邊緣處的電場(chǎng)集中，從而提高器件可靠性，并且210μm刻蝕型JTE比n=35緩變環(huán)間距FLR結(jié)終端長(zhǎng)度節(jié)省了156.8μm。然而，刻蝕型JTE擊穿電壓對(duì)刻蝕深度十分敏

4、感，考慮到注入劑量和能量可以精確控制，本論文提出一種反摻雜離子注入型JTE，通過注入N型離子來補(bǔ)償高濃度的P型離子，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)JTE中電荷劑量的調(diào)制，經(jīng)過優(yōu)化后，此結(jié)構(gòu)可獲得6260V的耐壓，其終端效率約88%。
　　本文根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的二極管結(jié)構(gòu)及實(shí)際工藝條件，研究了SiC溝槽刻蝕技術(shù)和肖特基接觸兩種關(guān)鍵工藝。通過調(diào)節(jié)功率、壓強(qiáng)及環(huán)境氣體等重要參數(shù)，在SiC外延上可得到具有良好表面形貌的溝槽。通過調(diào)節(jié)肖特基退火溫度和時(shí)間可改善Si