JTE終端碳化硅肖特基勢(shì)壘二極管的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn).pdf

1、4H-SiC材料具有禁帶寬度大、臨界擊穿電場(chǎng)高、熱導(dǎo)率高和電子飽和漂移速度高的優(yōu)越物理化學(xué)特性，適合制作高壓、大功率、抗輻照、耐高溫的半導(dǎo)體功率器件。4H-SiC肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)具有導(dǎo)通電阻低、開關(guān)特性好等優(yōu)勢(shì)，在電力電子領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。高效的終端結(jié)構(gòu)、合理的工藝流程是實(shí)現(xiàn)高電壓等級(jí)SiC SBD的關(guān)鍵因素。在眾多的終端結(jié)構(gòu)中，結(jié)終端擴(kuò)展(JTE)以其終端效率高、占用面積小、工藝上易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)勢(shì)成為制作高壓功率器件的首選

2、。
　　實(shí)驗(yàn)流片了1700V等級(jí)4H-SiC材料制備的SBD，終端結(jié)構(gòu)分別采用場(chǎng)板(FP)終端、結(jié)終端擴(kuò)展(JTE)以及兩者結(jié)合的復(fù)合終端，測(cè)試了各終端下器件的正反向特性，評(píng)估了所制作器件的性能；通過統(tǒng)計(jì)分析驗(yàn)證了FP+JTE復(fù)合終端比單獨(dú)JTE終端在工藝穩(wěn)定度上的優(yōu)越性；同時(shí)也設(shè)計(jì)了驗(yàn)證JTE終端長度對(duì)擊穿電壓影響的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)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(jí)SBD外延參數(shù)的設(shè)計(jì)，使

3、用Sentaurus軟件仿真研究了采用FP終端、JTE終端及FP+JTE復(fù)合終端SBD的反向擊穿特性；接著，從實(shí)際流片的角度出發(fā)，結(jié)合Trim軟件仿真設(shè)計(jì)了兩次離子注入實(shí)現(xiàn)JTE終端的所需的離子注入能量和劑量；然后設(shè)計(jì)了完整的工藝流程，繪制了版圖，在版圖中分別設(shè)計(jì)了無終端、FP終端、JTE終端、FP+JTE復(fù)合終端的器件以及測(cè)試CV的器件圖形，同時(shí)為了驗(yàn)證JTE終端長度的影響，對(duì)于JTE終端設(shè)計(jì)了長度為20μm,40μm,60μm,80

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

5、結(jié)果提取實(shí)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(yù)期值的最可能原因是離子注入能量和劑量的偏差，同時(shí)也不排除激活退火效果未達(dá)預(yù)期以及界面電荷對(duì)器件性能的影響。盡管如此，在JTE長度對(duì)擊穿電壓的影響方面，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果具有一致性，JTE長度具有飽和性的規(guī)律得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　總體來看，本次實(shí)驗(yàn)流片驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)JTE終端的有效性和JTE長度的飽和性規(guī)律，并驗(yàn)證了復(fù)合終端比單純JTE終端在實(shí)際工藝