4H-SiCBJT功率器件特性及結(jié)終端技術(shù)研究.pdf

1、碳化硅（SiC）材料以其具有寬禁帶、高熱導(dǎo)率、高臨界擊穿電場(chǎng)、高飽和電子遷移速度等優(yōu)良特性，在大功率器件領(lǐng)域扮演著越來越重要的角色，在電力電子系統(tǒng)中擁有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用前景。同時(shí)4H-SiC BJT由于很好地彌補(bǔ)了Si基雙極型晶體管的缺陷，而且不存在4H-SiC MOSEFT氧化層界面穩(wěn)定性及溝道遷移率問題，越來越受到人們的重視。因此，對(duì)4H-SiC BJT功率器件的研究有著十分重要的意義。
　　本論文以4H-SiC B

2、JT功率器件特性研究為目的，主要進(jìn)行了以下方面的工作：
　　首先從4H-SiC BJT基本工作原理出發(fā)，利用半導(dǎo)體器件仿真工具Sentaurus TCAD2010建立了器件的物理模型，給出了主要材料參數(shù)，對(duì)4H-SiC BJT功率器件的特性進(jìn)行了模擬仿真。對(duì)SiC/SiO2鈍化層界面態(tài)密度，發(fā)射區(qū)摻雜濃度對(duì)器件性能的影響進(jìn)行了研究。對(duì)發(fā)射區(qū)寬度 WE，發(fā)射區(qū)到基極的距離 WP對(duì)4H-SiC BJT電流增益的的影響及主要作用機(jī)制進(jìn)行

3、了分析，并提出增加發(fā)射區(qū)到基極下方基區(qū)摻雜濃度，采用雙外延層基區(qū)及高斯緩變基區(qū)等優(yōu)化方案減小 WP對(duì)器件電流增益的影響。其次研究了溫度對(duì)垂直型4H-SiC BJT性能的影響，分析了常溫（300K）和高溫(473K)下大注入效應(yīng)對(duì)器件性能的影響。同時(shí)，將垂直型和平面型BJT的大注入效應(yīng)進(jìn)行了對(duì)比，研究結(jié)果表明，平面型BJT受到集電區(qū)電子大注入的影響比垂直型BJT更加顯著，隨正向偏置的增加，平面型BJT電流增益下降更快，相同基極驅(qū)動(dòng)電流下的

4、輸出電流也更小，提高集電區(qū)摻雜濃度可以有效減小集電區(qū)電子大注入對(duì)器件電流增益的影響。
　　最后對(duì)垂直型和平面型4H-SiC BJT的擊穿特性和結(jié)終端技術(shù)進(jìn)行了研究，對(duì)比了垂直型和平面型兩種類型的4H-SiC BJT擊穿特性。考察了集電區(qū)摻雜濃度和基區(qū)厚度等器件參數(shù)對(duì)擊穿電壓的影響并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化。對(duì)采用 JTE和FFLRs兩種基本結(jié)終端結(jié)構(gòu)的器件擊穿特性進(jìn)行了分析，對(duì)JTE和FFLRs摻雜濃度、離子注入深度、JTE長(zhǎng)度、環(huán)寬度、環(huán)

5、間距、環(huán)個(gè)數(shù)等結(jié)終端結(jié)構(gòu)主要參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，提出了階梯型 JTE結(jié)構(gòu)和JTE+場(chǎng)限環(huán)復(fù)合結(jié)構(gòu)兩種平面型4H-SiC BJT結(jié)終端新結(jié)構(gòu)。研究表明，優(yōu)化后的新型結(jié)終端結(jié)構(gòu)相比于常規(guī)結(jié)終端結(jié)構(gòu)能夠更好地調(diào)制器件的表面電場(chǎng)，獲得更高的擊穿電壓，器件最大擊穿電壓可達(dá)到3700V以上。同時(shí)，在相同耐壓等級(jí)的情況下，平面型BJT相比垂直型BJT，漂移區(qū)摻雜濃度可以更高，基區(qū)可以更薄，結(jié)終端結(jié)構(gòu)摻雜濃度也可以大大降低，證明平面型4H-