4H-SiC浮動結(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型槽拐角處的電場集中效應(yīng)會導(dǎo)致器件的柵氧化層提前發(fā)生擊穿，不能充分發(fā)揮SiC材料高擊穿電場的優(yōu)勢，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，這樣既可以降低柵氧化層的最大電場，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、橫向長度和縱向位置的變化對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研究了浮動結(jié)摻雜濃度、橫向長度和縱向位置的變化對SiC FJ UMOSFET器件阻斷特性的影響：較大的浮動結(jié)摻雜濃度和橫向長度可以抑制SiC體內(nèi)U型槽拐角處以及柵氧化層的高電場，但是過

3、大的摻雜濃度和橫向長度也會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)浮動結(jié)的縱向位置處于整個漂移層的中上部時，能夠更好的降低柵氧化層的電場；不考慮柵氧化層的擊穿時，當(dāng)SiC體內(nèi)上漂移層和下漂移層的兩個電場峰值大致相等時，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研究了浮動結(jié)摻雜濃度、橫向長度和縱向位置的變化對SiCFJ UMOSFET器件導(dǎo)通特性的影響：浮動結(jié)的摻雜濃度和縱向位置的變化對器件正向?qū)?/p>

4、通路徑的影響較小，所以導(dǎo)通電阻變化不大；而浮動結(jié)橫向長度的增加會使器件導(dǎo)通路徑變窄，導(dǎo)通電阻會明顯增加。⑶基于以上仿真結(jié)果的分析，本文針對10μm/6×1015cm-3的漂移層設(shè)計了一組合適的FJ參數(shù)，保證SiC FJ UMOSFET柵氧化層電場小于7MV/cm的同時器件的擊穿電壓達(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)電場超過7MV/cm）擊穿電壓只有611V，SiC FJ UMOSFET器件和傳