新型碳化硅功率二極管的研究.pdf

1、隨著綠色高效能源轉(zhuǎn)換的迫切要求和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，以硅材料為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)電力電子器件的物理局限性日益顯現(xiàn)，嚴(yán)重制約了器件的工作電壓、工作電流、工作頻率、工作溫度、耗散功率和抗輻射等性能的提高。碳化硅材料作為新一代卓越的寬禁帶半導(dǎo)體材料，使得碳化硅器件將成為綠色能源革命時(shí)代的代表性器件。目前碳化硅器件已經(jīng)取得了令人矚目的成就，在一些重要的能源領(lǐng)域開(kāi)始逐步取代硅基電力電子器件，并初步展現(xiàn)出其巨大的潛力。在多種器件類型中，碳化硅二極管作為

2、一種應(yīng)用最為廣泛也最簡(jiǎn)單的器件結(jié)構(gòu)，首先得到了商業(yè)化發(fā)展，但其理論研究還需要得到進(jìn)一步的完善，而且碳化硅二極管的工藝技術(shù)存在一些技術(shù)難點(diǎn)，對(duì)于國(guó)內(nèi)剛剛起步的碳化硅器件研究來(lái)說(shuō)更是如此，因此本文針對(duì)低壓(1700V)和高壓(6000V)兩種電壓等級(jí)，對(duì)碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、理論建模和工藝實(shí)驗(yàn)多方面的系統(tǒng)性研究，并對(duì)一種夾斷型勢(shì)壘新型二極管進(jìn)行了研究和探討，主要包括以下內(nèi)容:
　　為了改善傳統(tǒng)平面型結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管

3、較弱的電場(chǎng)屏蔽效應(yīng)引起的軟擊穿特性，近年來(lái)許多團(tuán)隊(duì)對(duì)新型溝槽型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了報(bào)道。本文對(duì)碳化硅溝槽型結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管和傳統(tǒng)平面型結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管進(jìn)行了較為系統(tǒng)的對(duì)比研究，針對(duì)1700V和6000V兩種電壓等級(jí)，對(duì)兩種器件結(jié)構(gòu)以仿真設(shè)計(jì)、理論模型和實(shí)驗(yàn)分析的多種手段和多方面角度進(jìn)行了剖析，并提出溝槽型結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管具有更寬的設(shè)計(jì)窗口和更佳的優(yōu)化性能，該結(jié)論得到了仿真結(jié)果、模型計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。
　　碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管的

4、正向?qū)ㄌ匦缘睦碚撃Ｐ脱芯恳呀?jīng)十分清晰，但反向電場(chǎng)分布和阻斷特性的理論模型研究卻并不完善。傳統(tǒng)的反向阻斷特性模型是基于表面電場(chǎng)的擬合公式而建立的，擬合公式不僅存在準(zhǔn)確度較差的缺點(diǎn)，而且無(wú)法完全適用于各種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的場(chǎng)合。本文建立了碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管反向阻斷特性理論模型，提出了反向電場(chǎng)分布的準(zhǔn)二維數(shù)學(xué)模型，并基于該反向電場(chǎng)的模型建立了漏電流的物理模型。模型的有效性和準(zhǔn)確度得到了仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。并且本文還基于正向?qū)ㄌ?/p>

5、性和反向阻斷特性模型，對(duì)碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管進(jìn)行了理論的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　由于結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管的肖特基勢(shì)壘容易受到能級(jí)釘扎現(xiàn)象和工藝狀況的影響，同時(shí)勢(shì)壘高度的調(diào)節(jié)受到有限幾種金屬選擇的限制，導(dǎo)致二極管的開(kāi)啟電壓可控性很差，這對(duì)于開(kāi)啟電壓較高的碳化硅肖特基二極管來(lái)說(shuō)尤為重要;除此之外，肖特基勢(shì)壘還受到鏡像力勢(shì)壘降低效應(yīng)的影響，導(dǎo)致其勢(shì)壘高度隨反偏電壓的增加而降低。為了提高對(duì)二極管勢(shì)壘高度的控制，實(shí)現(xiàn)勢(shì)壘高度在較大范圍內(nèi)的連續(xù)