4H-SiC MOSFET關(guān)鍵工藝開發(fā)與器件制作.pdf

1、碳化硅金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（SiC MOSFETs）由于其更低的導(dǎo)通電阻、更高的反向耐壓、更快的開關(guān)速度，使得其在電力電子領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。目前，國(guó)外已經(jīng)形成了比較成熟的SiC產(chǎn)業(yè)，SiC MOSFET在汽車電子、列車牽引、光伏、電機(jī)等產(chǎn)業(yè)中全面推廣，同時(shí)，從材料生長(zhǎng)到器件應(yīng)用，圍繞SiC器件的上下游產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)形成。但在國(guó)內(nèi)，SiC MOSFET還處于研發(fā)階段。本論文立足于國(guó)內(nèi)的科研條件，對(duì)SiC MOSFET進(jìn)行

2、了單步工藝開發(fā)與器件制作。
　　論文首先研究了離子注入工藝，利用Silvaco Athena和Srim Trim軟件對(duì)注入摻雜進(jìn)行了仿真，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比和驗(yàn)證。最終選擇Silvaco Athena軟件對(duì)MOSFET的離子注入摻雜進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的雜質(zhì)分布與器件最終流片結(jié)果吻合。其次，論文對(duì)基于 Ni/Ti/Al的 SiC歐姆接觸工藝和自對(duì)準(zhǔn)硅化物工藝的兼容性進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，退火過程中Al在高溫中融化對(duì)器件的合金表面產(chǎn)

3、生不利影響，因此，基于自對(duì)準(zhǔn)硅化物，論文開發(fā)了Ni金屬形成P/N型SiC歐姆接觸的工藝。然后，論文研究了SiC MOS界面調(diào)控技術(shù)，設(shè)計(jì)了用于提取SiC MOS電容界面態(tài)和 SiC表面溝道遷移率的方法和版圖。對(duì)氧化工藝和 NO退火工藝形成的柵界面進(jìn)行了表征，得出本文MOSFET器件的表面溝道遷移率為17cm2/V·s。
　　通過對(duì)開發(fā)工藝的整合，論文制作了1200V SiC MOSFET器件并進(jìn)行了完整的測(cè)試。器件閾值電壓2.9V

4、，工作電流可達(dá)12A，反向漏電200nA@1200V，柵極漏電20nA@45V。動(dòng)態(tài)性能和可靠性性能方面，正常工作條件下，器件開啟時(shí)間35.4ns，關(guān)斷時(shí)間81.2ns。柵電荷12nC時(shí)，柵壓可達(dá)20V。兩組器件在175oC高溫條件下，分別進(jìn)行了柵壓20V，源漏短接、反向耐壓960V，柵源短接的可靠性測(cè)試，168小時(shí)測(cè)試結(jié)束后，閾值電壓、導(dǎo)通電阻和反向耐壓改變量均小于20％。器件達(dá)到了基本的性能要求，為SiC MOSFET器件的產(chǎn)業(yè)化打