同時(shí)具有隔離層和場(chǎng)板的4H-SiC MESFET特性優(yōu)化研究.pdf

1、碳化硅(SiC)材料由于具有大的禁帶寬度、高的臨界擊穿電場(chǎng)、高的電子飽和速度以及高的熱導(dǎo)率等性能,在高溫、高功率、抗輻照等工作條件下具有明顯的優(yōu)勢(shì),成為近幾年半導(dǎo)體領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。由于SiC材料的自身屬性,目前研制成功的SiC微波功率MESFET器件中普遍存在高本征表面態(tài)和界面態(tài),使得器件在直流特性體現(xiàn)為輸出電流大幅下降,在高頻工作時(shí)總是面臨著電流不穩(wěn)定、電流崩塌等性能和可靠性方面的問(wèn)題。目前國(guó)際國(guó)內(nèi)對(duì)于器件性能的改善措施主要有隔離層和

2、場(chǎng)板。隔離層用來(lái)抑制表面陷阱,場(chǎng)板用來(lái)提高擊穿電壓,兩者都有非常好的效果。但是尚沒(méi)有研究將上述兩種結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái),使得器件能夠抑制表面陷阱獲得高的輸出電流并且可以得到高的擊穿電壓。
　　 本文針對(duì)器件的表面陷阱所帶來(lái)的器件性能的退化,同時(shí)把隔離層和場(chǎng)板同時(shí)引入器件結(jié)構(gòu),不僅達(dá)到了抑制表面陷阱的效果,并且提高了擊穿電壓；通過(guò)優(yōu)化二者的參數(shù),提高了器件的輸出電流和擊穿電壓。本文首先利用二維器件仿真軟件ISE-TCAD建立了4H-SiC

3、 MESFET器件的結(jié)構(gòu)模型和物理模型。根據(jù)對(duì)傳統(tǒng)4H-SiC MESFET結(jié)構(gòu)的基本直流工作特性中輸出特性、轉(zhuǎn)移特性等特性的分析,確定了基本模型和研究方法。其次,從器件的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性兩方面對(duì)表面陷阱的影響進(jìn)行了研究,并結(jié)合實(shí)際確定了使得器件性能退化最大的表面陷阱的密度和能級(jí):密度為1×1013cm-2,能級(jí)距離導(dǎo)帶1.8eV。在此種情況下,4H-SiCMESFET漏源電流下降約120％,跨導(dǎo)下降約50％。第三,在上述研究基礎(chǔ)上,

4、對(duì)隔離層摻雜濃度、厚度和隔離層中的埋柵深度進(jìn)行了優(yōu)化和無(wú)陷阱的理想狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比,得到優(yōu)化參數(shù):隔離層的厚度為O.1μm,摻雜濃度為1×1014cm-3,埋柵深度為為0.05μm。在這組優(yōu)化參數(shù)下進(jìn)行仿真,表面陷阱效應(yīng)得到有效抑制,且引入的寄生參數(shù)較小,器件的直流性能得到大幅度的提高。相對(duì)于有陷阱的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu),漏源電流提高約130％,跨導(dǎo)增益大于20mS／mm的電壓工作范圍提高約100％。最后,在隔離層上引入場(chǎng)板結(jié)構(gòu),分析其對(duì)器件的直流特性