JTE終端碳化硅肖特基勢壘二極管的設計與實驗.pdf

1、4H-SiC材料具有禁帶寬度大、臨界擊穿電場高、熱導率高和電子飽和漂移速度高的優(yōu)越物理化學特性，適合制作高壓、大功率、抗輻照、耐高溫的半導體功率器件。4H-SiC肖特基勢壘二極管(SBD)具有導通電阻低、開關特性好等優(yōu)勢，在電力電子領域得到了廣泛的應用。高效的終端結構、合理的工藝流程是實現(xiàn)高電壓等級SiC SBD的關鍵因素。在眾多的終端結構中，結終端擴展(JTE)以其終端效率高、占用面積小、工藝上易于實現(xiàn)等優(yōu)勢成為制作高壓功率器件的首選

2、。
　　實驗流片了1700V等級4H-SiC材料制備的SBD，終端結構分別采用場板(FP)終端、結終端擴展(JTE)以及兩者結合的復合終端，測試了各終端下器件的正反向特性，評估了所制作器件的性能；通過統(tǒng)計分析驗證了FP+JTE復合終端比單獨JTE終端在工藝穩(wěn)定度上的優(yōu)越性；同時也設計了驗證JTE終端長度對擊穿電壓影響的對比實驗，驗證了JTE長度的飽和規(guī)律。
　　首先，在理論仿真部分，基于1700V等級SBD外延參數(shù)的設計，使

3、用Sentaurus軟件仿真研究了采用FP終端、JTE終端及FP+JTE復合終端SBD的反向擊穿特性；接著，從實際流片的角度出發(fā)，結合Trim軟件仿真設計了兩次離子注入實現(xiàn)JTE終端的所需的離子注入能量和劑量；然后設計了完整的工藝流程，繪制了版圖，在版圖中分別設計了無終端、FP終端、JTE終端、FP+JTE復合終端的器件以及測試CV的器件圖形，同時為了驗證JTE終端長度的影響，對于JTE終端設計了長度為20μm,40μm,60μm,80

4、μm,100μm的五組實驗；接著進行了完整的流片，流片過程中對關鍵工藝進行了監(jiān)控并記錄工藝參數(shù)；最后，測試了所制作器件的正反向特性，根據(jù)測試的正向IV特性提取了器件的開啟電壓、理想因子、勢壘高度、比導通電阻等參數(shù)；根據(jù)測試的反向IV特性評估了器件的反向性能；根據(jù)JTE終端及復合終端在不同電壓區(qū)間的統(tǒng)計分布結果評估了不同終端的總體器件性能以及工藝穩(wěn)定性。
　　測試結果顯示所制作器件反向擊穿特性偏離了預期值，根據(jù)離子注入后SIMS測試

5、結果提取實際的注入能量和劑量，重新仿真了器件的反向特性，分析得出器件反向特性偏離預期值的最可能原因是離子注入能量和劑量的偏差，同時也不排除激活退火效果未達預期以及界面電荷對器件性能的影響。盡管如此，在JTE長度對擊穿電壓的影響方面，仿真結果與實驗測試結果具有一致性，JTE長度具有飽和性的規(guī)律得到了實驗驗證。
　　總體來看，本次實驗流片驗證了所設計JTE終端的有效性和JTE長度的飽和性規(guī)律，并驗證了復合終端比單純JTE終端在實際工藝