4H-SiCMOSFET器件設(shè)計(jì)與工藝.pdf

1、4H-SiC因其禁帶寬度大，導(dǎo)熱性好，臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度高，電子飽和漂移速度高等物理特性，特別適合制作高擊穿電壓、高溫乃至高功率電子器件，在電力電子器件應(yīng)用領(lǐng)域逐漸嶄露頭角?；诖耍?H-SiC金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）器件具有高擊穿電壓、高開(kāi)關(guān)速度、低導(dǎo)通電阻及良好的高溫、抗輻照應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在新一代的電力電子器件應(yīng)用中，占據(jù)越來(lái)越重要的地位。本文針對(duì)4H-SiC MOSFET器件的仿真設(shè)計(jì)及其制備工藝做了如下工作：<

2、br>　　在對(duì)國(guó)內(nèi)外4H-SiC MOSFET器件的研究及制備調(diào)研的基礎(chǔ)上，確定了1200V擊穿電壓的4H-SiC MOSFET器件的設(shè)計(jì)、制備方案；針對(duì)SiC VDMOSFET器件設(shè)計(jì)，通過(guò)物理-數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到基本的器件特性規(guī)律，進(jìn)而得到了1200V擊穿電壓的漂移層厚度及摻雜范圍，器件P well區(qū)域深度及摻雜，JFET區(qū)域的寬度等參數(shù)，為后續(xù)仿真、設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
　　針對(duì)4H-SiC材料獨(dú)有的物理電學(xué)特性，在Silvaco T

3、CAD仿真平臺(tái)上采用了修正的仿真模型，尤其對(duì)其遷移率模型、不完全離化模型、各向異性模型、禁帶變窄模型等做了修正，確定了以Caughey-Thomas遷移率模型、SIC4H0001等為主的仿真模型，并引入界面態(tài)的影響，最終得到較為理想的仿真模型；利用 Silvaco TCAD平臺(tái)，針對(duì)1200V擊穿電壓的4H-SiC MOSFET器件的擊穿特性做了器件仿真工作，尤其對(duì)場(chǎng)限環(huán)FLR（Field Limiting Ring）結(jié)終端方案進(jìn)行了仿

4、真優(yōu)化，最終得到滿足耐壓要求的15環(huán)、20環(huán)的FLR結(jié)終端結(jié)構(gòu)，并利用電場(chǎng)分布效果對(duì)結(jié)果做了初步闡釋?zhuān)玫狡湓O(shè)計(jì)的一般規(guī)律；針對(duì)器件的正向特性做了仿真，得到器件基本導(dǎo)通特性、IV特性和轉(zhuǎn)移特性曲線；創(chuàng)新性地提出了采用不均勻分布 P阱優(yōu)化方案，得到了同時(shí)滿足耐壓并改善器件導(dǎo)通特性的器件仿真性能，并利用能帶理論進(jìn)行了分析解釋。
　　針對(duì)4H-SiC MOSFET器件制備的關(guān)鍵工藝做了開(kāi)發(fā)推進(jìn)工作。利用SRIM軟件，對(duì)離子注入工藝進(jìn)行了

5、仿真設(shè)計(jì)，得到了滿足要求的器件注入條件，尤其對(duì)N+注入、P+注入、P Well注入，得到了相應(yīng)注入所需的能量劑量組合方案；通過(guò)離子注入、激活退火實(shí)驗(yàn)和SIMS驗(yàn)證，最終得到較好的離子注入效果；通過(guò)歐姆接觸實(shí)驗(yàn)，得到了4H-SiC離子注入片上同時(shí)形成P型、N型歐姆接觸的方案，確定了以Ni/Ti/Al（30/80/30nm）金屬體系和950℃/5min歐姆接觸退火為主的工藝條件，為后續(xù)的器件制備奠定了基礎(chǔ)。
　　最后，針對(duì)4H-SiC