4H-SiC浮動結功率UMOSFET的模擬研究.pdf

1、U型柵槽結構MOSFET（UMOSFET）作為SiC功率MOSFET的一種重要結構，和VDMOSFET相比，在相同的擊穿電壓下，該結構具有更小的導通電阻。但是UMOSFET中U型槽拐角處的電場集中效應會導致器件的柵氧化層提前發(fā)生擊穿，不能充分發(fā)揮SiC材料高擊穿電場的優(yōu)勢，導致器件的可靠性下降。將FJ結構加入到SiC UMOSFET器件中，可以利用FJ調節(jié)漂移層電場，這樣既可以降低柵氧化層的最大電場，也可以提高器件的可靠性和擊穿電壓。本

2、文使用ISE-TCAD軟件進行仿真，研究了FJ的摻雜濃度、橫向長度和縱向位置的變化對SiCFJ UMOSFET阻斷特性和導通特性的影響，最后得出了一組關于浮動結的結構參數(shù)，使得在柵介質得到保護的同時器件的擊穿電壓達到最大。
　　本研究主要內容包括：⑴研究了浮動結摻雜濃度、橫向長度和縱向位置的變化對SiC FJ UMOSFET器件阻斷特性的影響：較大的浮動結摻雜濃度和橫向長度可以抑制SiC體內U型槽拐角處以及柵氧化層的高電場，但是過

3、大的摻雜濃度和橫向長度也會降低器件的擊穿電壓，所以在柵氧化層保護和器件擊穿電壓之間存在權衡；當浮動結的縱向位置處于整個漂移層的中上部時，能夠更好的降低柵氧化層的電場；不考慮柵氧化層的擊穿時，當SiC體內上漂移層和下漂移層的兩個電場峰值大致相等時，上下漂移層發(fā)揮最大作用承擔擊穿電壓，擊穿電壓達到最大。⑵研究了浮動結摻雜濃度、橫向長度和縱向位置的變化對SiCFJ UMOSFET器件導通特性的影響：浮動結的摻雜濃度和縱向位置的變化對器件正向導

4、通路徑的影響較小，所以導通電阻變化不大；而浮動結橫向長度的增加會使器件導通路徑變窄，導通電阻會明顯增加。⑶基于以上仿真結果的分析，本文針對10μm/6×1015cm-3的漂移層設計了一組合適的FJ參數(shù)，保證SiC FJ UMOSFET柵氧化層電場小于7MV/cm的同時器件的擊穿電壓達到1541V。而傳統(tǒng)結構的SiC UMOSFET由于柵介質的提前失效（柵介質電場超過7MV/cm）擊穿電壓只有611V，SiC FJ UMOSFET器件和傳