埋柵4H-SiC靜電感應晶體管結構設計優(yōu)化和特性研究.pdf

1、在過去的70年中，半導體行業(yè)在電路設計領域發(fā)展迅速，更高集成度的半導體芯片以18個月翻倍器件數(shù)目的速度推進了一代代新的電子產(chǎn)品的出現(xiàn)。與之相比，半導體材料和半導體器件研究領域的發(fā)展現(xiàn)狀就顯得不盡人意。目前占領半導體材料市場的依舊是最早使用的半導體材料Si，在半導體器件尤其是電力電子器件領域，晶閘管等老式器件依舊是大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)的主流。
　　SiC材料被認為是未來最有可能替代Si材料的新型半導體材料，而靜電感應晶體管也是正在蓬勃發(fā)展

2、的新型半導體器件。因此，對SiC襯底材料的靜電感應晶體管的研發(fā)是很有研究前景的課題。
　　本論文選題基于電力電子器件的發(fā)展要求與SiC材料的前景，結合導師國家自然基金項目課題，旨在研發(fā)出具有更高性能與使用規(guī)模的電力電子器件。本文通過對SiC材料以及靜電感應晶體管的理論研究與分析，使用Silvaco Tcad軟件對SiC靜電感應晶體管的相關工藝進行了模擬仿真，完成了4H-SiC靜電感應晶體管的設計，并通過對相關參數(shù)的研究完成了所設計

3、的4H-SiC靜電感應晶體管的優(yōu)化。
　　本論文研究的主要工作包括:
　　一、對比了目前半導體材料的性能、工藝和成本等方面的優(yōu)缺點，分析了適合于作為未來普及的半導體材料，最終選擇4H-SiC材料作為研究目標，并將其運用到靜電感應晶體管的設計中。
　　二、研究了靜電感應晶體管的工作原理，通過Si襯底靜電感應晶體管分析了現(xiàn)有的靜電感應晶體管器件的分類并選擇平面型埋柵結構靜電感應晶體管作為研究對象。通過對靜電感應晶體管的研究

4、，參考Si襯底靜電感應晶體管，簡單設置了4H-SiC靜電感應晶體管的初始參數(shù)。
　　三、通過對4H-SiC材料的研究以及工藝分析，完成了4H-SiC靜電感應晶體管設計制造中的相關工藝過程的模擬仿真。包括了定義4H-SiC襯底材料并劃分了器件仿真網(wǎng)格，模擬仿真4H-SiC中，離子注入的雜質摻雜分布工藝。通過Silvaco Tcad軟件中內嵌的優(yōu)化工具Optimizer對4H-SiC的退火工藝參數(shù)進行了優(yōu)化。通過材料分析與功能仿真，最

5、終完成了器件的工藝仿真以及初始參數(shù)設置。
　　四、通過器件編輯器DevEdit對影響4H-SiC靜電感應晶體管的相關參數(shù)進行了模擬仿真與理論分析。包括對器件的類五級管工作狀態(tài)和類三級管工作狀態(tài)的模擬仿真，對包括溝道相關參數(shù)及漂移區(qū)相關參數(shù)在內的相關參數(shù)的模擬仿真和對SiC材料雜質不完全離化模型的仿真。
　　五、根據(jù)已經(jīng)進行的模擬仿真與性能分析，最終得到了優(yōu)化后的器件模型，并對優(yōu)化后的模型模擬仿真，提取了器件的性能參數(shù)。