碳化硅SBD和MESFETs功率器件研究.pdf

1、分類號密級UDC注1學(xué)位論文碳化硅碳化硅SBDSBD和MESFETsMESFETs功率器件研究功率器件研究（題名和副題名）葉毅（作者姓名）指導(dǎo)教師姓名張波張波教授教授電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)成都成都（職務(wù)、職稱、學(xué)位、單位名稱及地址）申請學(xué)位級別碩士碩士專業(yè)名稱微電子與固體電子學(xué)微電子與固體電子學(xué)論文提交日期2009.5.19論文答辯日期2009.5.19學(xué)位授予單位和日期電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)答辯委員會主席評閱人年月日注1：注明《國

2、際十進(jìn)分類法UDC》的類號摘要I摘要隨著持續(xù)增長的大電流容量、高擊穿電壓及高封裝密度要求，硅基器件的發(fā)展已經(jīng)接近其理論限制。碳化硅（SiC）材料其大的帶寬、高的臨界擊穿電場、高的熱導(dǎo)率使得寬禁帶半導(dǎo)體器件具有優(yōu)良的高溫工作特性和極高的耐壓容量、工作頻率、電流密度，以及低的導(dǎo)通損耗成為近幾年半導(dǎo)體領(lǐng)域研究發(fā)展的熱點。基于SiC材料，學(xué)者們從上世紀(jì)90年代提出很多器件結(jié)構(gòu)。4HSiC肖特基二極管（SBD）有較低的正向壓降和很高的速度，即使有

3、很大的泄露電流其功耗仍然很低，這些優(yōu)點使得其在智能功率系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景；4HSiCMESFETs在軍用微波功率系統(tǒng)中應(yīng)用方便也極具潛力。但是由于“擊穿電壓與導(dǎo)通電阻成二次方關(guān)系”，如何在提高擊穿電壓和降低導(dǎo)通電阻進(jìn)行折中，如何對器件電場強度進(jìn)行調(diào)制一直是學(xué)者關(guān)注和解決的重點。本文以SiC基功率器件為研究對象，圍繞耐壓理論、新器件結(jié)構(gòu)以及模擬實現(xiàn)幾個方面進(jìn)行研究，在RESURF原理和結(jié)終端技術(shù)的指導(dǎo)下，提出新型4HSiC陽極凹槽DR

4、ESURF肖特基二極管，并對多浮空金屬環(huán)進(jìn)行研究。一、為達(dá)到仿真模擬與實際結(jié)果更加接近和仿真效率的提高，因此有必要對軟件進(jìn)行深入研究。由于相關(guān)SiC參數(shù)和模型缺乏，收斂性一直是困擾SiC基功率器件仿真人員的大問題。本文基于2D3D數(shù)值模擬軟件ISE，對數(shù)值算法作出介紹，詳細(xì)探討了ISE收斂性問題的解決思路并進(jìn)行分析和驗證。二、提出一種新型4HSiC陽極凹槽DRESURF肖特基二極管結(jié)構(gòu)。陽極凹槽使得器件反偏時橫向電場增強，加快漂移區(qū)耗盡

5、，同時利用DRESURF技術(shù)，提高器件擊穿電壓和正向?qū)ㄌ匦浴＠枚S數(shù)值模擬，從耐壓的角度，對降場層的厚度、濃度和長度進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，新結(jié)構(gòu)相較于常規(guī)單RESURF結(jié)構(gòu)，擊穿電壓從890V提高到1672V，導(dǎo)通電流為80mAmm時壓降從4.4V降低到2.8V。三、研究多浮空金屬環(huán)對4HSiCMESFETs的影響。得到單浮空金屬環(huán)結(jié)構(gòu)和雙浮空金屬環(huán)結(jié)構(gòu)在不同尺寸下的擊穿電壓、表面電場圖和等勢線圖。優(yōu)化結(jié)果表明4HSiCMESFETs