高壓4H-SiCPiN二極管的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、碳化硅（Silicon Carbide，SiC）材料因其禁帶寬度大、高臨界擊穿電場、高熱導(dǎo)率和電子飽和漂移速度大等優(yōu)越的電學(xué)和物理特性，在高溫、高壓、大功率和高頻領(lǐng)域的應(yīng)用前景極其廣闊。4H-SiC PiN二極管具有高于Si器件2-3個數(shù)量級的開關(guān)速度、高結(jié)溫承受能力、高電流密度和更高的功率密度，因此SiC PiN功率整流器在電力電子領(lǐng)域有著非常大的發(fā)展?jié)摿脱芯績r值。國內(nèi)SiC PiN器件目前尚處于初步研發(fā)階段，遠(yuǎn)落后于國外，本論文旨

2、在對高壓4H-SiC PiN二極管進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化，并立足國內(nèi)研究和工藝條件，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，從而為國內(nèi)高壓4H-SiC PiN二極管的研究提供理論和實(shí)驗(yàn)參考。
　　通過Silvaco公司的工藝和器件二維仿真器Athena和Atlas，本論文研究了高壓4H-SiC PiN二極管的正向?qū)ê头聪蜃钄嗵匦?，并對器件結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。首先確定了元胞基本參數(shù)，研究載流子壽命和溫度對器件正向特性的影響；然后研究碳化硅各向異性碰撞電離模型，

3、并分析了臺面高度、臺面角度和微溝槽等臺面形貌對高壓4H-SiC PiN二極管擊穿特性的影響；其次設(shè)計了高壓4H-SiC PiN二極管結(jié)終端擴(kuò)展（Junction Termination Extension，JTE）終端結(jié)構(gòu)，通過擊穿電壓和電場分析優(yōu)化JTE結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了具有寬劑量窗口的Two-SM-JTE終端結(jié)構(gòu)，在1.0-2.6×1013cm-2劑量范圍內(nèi)，4H-SiC PiN二極管的擊穿電壓都可以達(dá)到設(shè)計目標(biāo)值3300V以上，最后研究

4、了SiO2/SiC界面電荷對擊穿特性的影響。
　　對高壓4H-SiC PiN二極管的實(shí)驗(yàn)研究。首先研究了離子注入工藝，然后基于國內(nèi)研究條件，確定工藝流程，進(jìn)行版圖設(shè)計，流片并對4H-SiC PiN二極管的正向?qū)?、反向阻斷和反向恢?fù)特性進(jìn)行了測試分析。流片結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)所得單區(qū)JTE4H-SiC PiN二極管開啟電壓為3.4V，當(dāng)溫度由25℃增大到155℃時，器件的正向?qū)▔航祪H變化0.3V，體現(xiàn)了很好的溫度穩(wěn)定性；實(shí)驗(yàn)所得臺面高