高壓SiC PiN器件的研制與靜動(dòng)態(tài)特性研究.pdf

1、第三代半導(dǎo)體中的碳化硅（Silicon Carbide, SiC）材料，以擁有許多獨(dú)特而優(yōu)越的物理特性，諸如寬禁帶，高熱導(dǎo)率，高臨界擊穿電場，高電子漂移速度等而備受關(guān)注。在功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，隨著Si基器件技術(shù)的完備，取得新突破變得比較困難，SiC基器件相比 Si基器件有著更高的耐壓，更高功率密度，更快的開關(guān)速度等優(yōu)勢，擁有更寬廣的應(yīng)用前景和研究價(jià)值。國內(nèi)的 SiC功率器件研究起步較晚，研究水平落后于國際先進(jìn)水平。本文以高壓4H-SiC

2、 PiN二極管為研究對象，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化，并結(jié)合國內(nèi)工藝試驗(yàn)條件，進(jìn)行流片實(shí)驗(yàn)和測試分析，旨在為國內(nèi)高壓4H-SiC PiN二極管的研究提供參考。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過Silvaco半導(dǎo)體數(shù)值仿真軟件，設(shè)計(jì)優(yōu)化了4500V高壓SiC PiN二極管結(jié)構(gòu)。其中，元胞漂移區(qū)厚度為40μm，擊穿電壓為5600V，正向電流密度為100A/cm2時(shí)的開啟電壓為3.5V。器件終端采用臺(tái)面結(jié)終端拓展(Junction Term

3、ination Extension, JTE）型結(jié)終端結(jié)構(gòu)，終端效率為96％。通過仿真研究了高壓SiC PiN二極管的反向恢復(fù)特性。針對SiC PiN二極管的電導(dǎo)調(diào)制問題，研究了SiC材料中深能級(jí)對載流子壽命的影響，并通過仿真驗(yàn)證了不同載流子壽命下SiC PiN二極管的正向?qū)ㄌ匦宰兓?。⑵開展了高壓SiC PiN二極管的關(guān)鍵制造工藝技術(shù)研究，優(yōu)化開發(fā)出：高質(zhì)量、低損傷、無微溝槽的SiC臺(tái)面ICP刻蝕工藝技術(shù)，以及低比接觸電阻率的P型和N

4、型SiC材料的金屬-半導(dǎo)體歐姆接觸工藝技術(shù)。通過關(guān)鍵制造工藝技術(shù)的研發(fā)，獲得了角度31~49°，高度為2μm的SiC臺(tái)面結(jié)果和比接觸電阻率為1e-6Ω·cm2的N型歐姆接觸，5e-5Ω·cm2的P型的歐姆接觸結(jié)果。⑶制定了高壓SiC PiN二極管的工藝流程，進(jìn)行了高壓SiC PiN二極管的流片實(shí)驗(yàn)研制，并對實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行了測試與分析。測試結(jié)果表明：SiC PiN二極管的正向?qū)▔航导s為3.4V@100A/cm2，正向?qū)妷?V時(shí)正向?qū)?/p>