高壓SiCJBS二極管的設計優(yōu)化與實驗研究.pdf

1、碳化硅結勢壘肖特基二極管(Silicon Carbide Junction Barrier controlled Schottkey Diode，SiC JBS)是以寬禁帶半導體材料碳化硅為基底的功率器件。碳化硅具有極高的熱、化學及機械穩(wěn)定性等優(yōu)良的材料特性，其中高熱導率、高臨界擊穿電場強度以及高飽和載流子漂移速度等優(yōu)點使其成為制作功率器件非常理想的半導體材料。本論文基于半導體器件物理理論基礎，結合計算機數(shù)值仿真對4H-SiC JBS二

2、極管進行了優(yōu)化設計；根據(jù)實際工藝條件，研究關鍵工藝技術，確定工藝流程；最后完成二極管流片實驗。
　　本文基于軟件仿真，確定4H-SiC JBS二極管元胞關鍵參數(shù)，如P+環(huán)寬、環(huán)間距及摻雜濃度分布，并獲得了正向特性和反向特性與各參數(shù)之間的關系。在得到優(yōu)化元胞的基礎上，對幾種主要的結終端結構進行研究，包括緩變環(huán)間距場限環(huán)（Field Limiting Ring，F(xiàn)LR）、刻蝕型結終端擴展（Junction Termination Ex

3、tension，JTE）以及反摻雜離子注入型JTE。首先研究了緩變環(huán)間距FLR和多區(qū)刻蝕型JTE結構中關鍵參數(shù)對擊穿特性的影響，并實現(xiàn)6700V和6500V的擊穿電壓，擊穿效率分別達94％和91%。多區(qū)刻蝕型JTE通過對電荷的調(diào)制使結面電場變化均勻，有效緩解了主結邊緣及JTE邊緣處的電場集中，從而提高器件可靠性，并且210μm刻蝕型JTE比n=35緩變環(huán)間距FLR結終端長度節(jié)省了156.8μm。然而，刻蝕型JTE擊穿電壓對刻蝕深度十分敏

4、感，考慮到注入劑量和能量可以精確控制，本論文提出一種反摻雜離子注入型JTE，通過注入N型離子來補償高濃度的P型離子，從而實現(xiàn)對JTE中電荷劑量的調(diào)制，經(jīng)過優(yōu)化后，此結構可獲得6260V的耐壓，其終端效率約88%。
　　本文根據(jù)優(yōu)化設計的二極管結構及實際工藝條件，研究了SiC溝槽刻蝕技術和肖特基接觸兩種關鍵工藝。通過調(diào)節(jié)功率、壓強及環(huán)境氣體等重要參數(shù)，在SiC外延上可得到具有良好表面形貌的溝槽。通過調(diào)節(jié)肖特基退火溫度和時間可改善Si