同時具有隔離層和場板的4H-SiC MESFET特性優(yōu)化研究.pdf

1、碳化硅(SiC)材料由于具有大的禁帶寬度、高的臨界擊穿電場、高的電子飽和速度以及高的熱導率等性能,在高溫、高功率、抗輻照等工作條件下具有明顯的優(yōu)勢,成為近幾年半導體領(lǐng)域研究的熱點。由于SiC材料的自身屬性,目前研制成功的SiC微波功率MESFET器件中普遍存在高本征表面態(tài)和界面態(tài),使得器件在直流特性體現(xiàn)為輸出電流大幅下降,在高頻工作時總是面臨著電流不穩(wěn)定、電流崩塌等性能和可靠性方面的問題。目前國際國內(nèi)對于器件性能的改善措施主要有隔離層和

2、場板。隔離層用來抑制表面陷阱,場板用來提高擊穿電壓,兩者都有非常好的效果。但是尚沒有研究將上述兩種結(jié)構(gòu)結(jié)合起來,使得器件能夠抑制表面陷阱獲得高的輸出電流并且可以得到高的擊穿電壓。
　　 本文針對器件的表面陷阱所帶來的器件性能的退化,同時把隔離層和場板同時引入器件結(jié)構(gòu),不僅達到了抑制表面陷阱的效果,并且提高了擊穿電壓；通過優(yōu)化二者的參數(shù),提高了器件的輸出電流和擊穿電壓。本文首先利用二維器件仿真軟件ISE-TCAD建立了4H-SiC

3、 MESFET器件的結(jié)構(gòu)模型和物理模型。根據(jù)對傳統(tǒng)4H-SiC MESFET結(jié)構(gòu)的基本直流工作特性中輸出特性、轉(zhuǎn)移特性等特性的分析,確定了基本模型和研究方法。其次,從器件的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性兩方面對表面陷阱的影響進行了研究,并結(jié)合實際確定了使得器件性能退化最大的表面陷阱的密度和能級:密度為1×1013cm-2,能級距離導帶1.8eV。在此種情況下,4H-SiCMESFET漏源電流下降約120％,跨導下降約50％。第三,在上述研究基礎(chǔ)上,

4、對隔離層摻雜濃度、厚度和隔離層中的埋柵深度進行了優(yōu)化和無陷阱的理想狀態(tài)進行對比,得到優(yōu)化參數(shù):隔離層的厚度為O.1μm,摻雜濃度為1×1014cm-3,埋柵深度為為0.05μm。在這組優(yōu)化參數(shù)下進行仿真,表面陷阱效應(yīng)得到有效抑制,且引入的寄生參數(shù)較小,器件的直流性能得到大幅度的提高。相對于有陷阱的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu),漏源電流提高約130％,跨導增益大于20mS／mm的電壓工作范圍提高約100％。最后,在隔離層上引入場板結(jié)構(gòu),分析其對器件的直流特性