4H-SiC浮動(dòng)結(jié)功率UMOSFET的模擬研究.pdf

1、U型柵槽結(jié)構(gòu)MOSFET（UMOSFET）作為SiC功率MOSFET的一種重要結(jié)構(gòu)，和VDMOSFET相比，在相同的擊穿電壓下，該結(jié)構(gòu)具有更小的導(dǎo)通電阻。但是UMOSFET中U型槽拐角處的電場(chǎng)集中效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致器件的柵氧化層提前發(fā)生擊穿，不能充分發(fā)揮SiC材料高擊穿電場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致器件的可靠性下降。將FJ結(jié)構(gòu)加入到SiC UMOSFET器件中，可以利用FJ調(diào)節(jié)漂移層電場(chǎng)，這樣既可以降低柵氧化層的最大電場(chǎng)，也可以提高器件的可靠性和擊穿電壓。本

2、文使用ISE-TCAD軟件進(jìn)行仿真，研究了FJ的摻雜濃度、橫向長(zhǎng)度和縱向位置的變化對(duì)SiCFJ UMOSFET阻斷特性和導(dǎo)通特性的影響，最后得出了一組關(guān)于浮動(dòng)結(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使得在柵介質(zhì)得到保護(hù)的同時(shí)器件的擊穿電壓達(dá)到最大。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了浮動(dòng)結(jié)摻雜濃度、橫向長(zhǎng)度和縱向位置的變化對(duì)SiC FJ UMOSFET器件阻斷特性的影響：較大的浮動(dòng)結(jié)摻雜濃度和橫向長(zhǎng)度可以抑制SiC體內(nèi)U型槽拐角處以及柵氧化層的高電場(chǎng)，但是過

3、大的摻雜濃度和橫向長(zhǎng)度也會(huì)降低器件的擊穿電壓，所以在柵氧化層保護(hù)和器件擊穿電壓之間存在權(quán)衡；當(dāng)浮動(dòng)結(jié)的縱向位置處于整個(gè)漂移層的中上部時(shí)，能夠更好的降低柵氧化層的電場(chǎng)；不考慮柵氧化層的擊穿時(shí)，當(dāng)SiC體內(nèi)上漂移層和下漂移層的兩個(gè)電場(chǎng)峰值大致相等時(shí)，上下漂移層發(fā)揮最大作用承擔(dān)擊穿電壓，擊穿電壓達(dá)到最大。⑵研究了浮動(dòng)結(jié)摻雜濃度、橫向長(zhǎng)度和縱向位置的變化對(duì)SiCFJ UMOSFET器件導(dǎo)通特性的影響：浮動(dòng)結(jié)的摻雜濃度和縱向位置的變化對(duì)器件正向?qū)?/p>

4、通路徑的影響較小，所以導(dǎo)通電阻變化不大；而浮動(dòng)結(jié)橫向長(zhǎng)度的增加會(huì)使器件導(dǎo)通路徑變窄，導(dǎo)通電阻會(huì)明顯增加。⑶基于以上仿真結(jié)果的分析，本文針對(duì)10μm/6×1015cm-3的漂移層設(shè)計(jì)了一組合適的FJ參數(shù)，保證SiC FJ UMOSFET柵氧化層電場(chǎng)小于7MV/cm的同時(shí)器件的擊穿電壓達(dá)到1541V。而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的SiC UMOSFET由于柵介質(zhì)的提前失效（柵介質(zhì)電場(chǎng)超過7MV/cm）擊穿電壓只有611V，SiC FJ UMOSFET器件和傳