埋柵4H-SiC靜電感應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化和特性研究.pdf

1、在過去的70年中，半導(dǎo)體行業(yè)在電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展迅速，更高集成度的半導(dǎo)體芯片以18個(gè)月翻倍器件數(shù)目的速度推進(jìn)了一代代新的電子產(chǎn)品的出現(xiàn)。與之相比，半導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體器件研究領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀就顯得不盡人意。目前占領(lǐng)半導(dǎo)體材料市場的依舊是最早使用的半導(dǎo)體材料Si，在半導(dǎo)體器件尤其是電力電子器件領(lǐng)域，晶閘管等老式器件依舊是大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)的主流。
　　SiC材料被認(rèn)為是未來最有可能替代Si材料的新型半導(dǎo)體材料，而靜電感應(yīng)晶體管也是正在蓬勃發(fā)展

2、的新型半導(dǎo)體器件。因此，對(duì)SiC襯底材料的靜電感應(yīng)晶體管的研發(fā)是很有研究前景的課題。
　　本論文選題基于電力電子器件的發(fā)展要求與SiC材料的前景，結(jié)合導(dǎo)師國家自然基金項(xiàng)目課題，旨在研發(fā)出具有更高性能與使用規(guī)模的電力電子器件。本文通過對(duì)SiC材料以及靜電感應(yīng)晶體管的理論研究與分析，使用Silvaco Tcad軟件對(duì)SiC靜電感應(yīng)晶體管的相關(guān)工藝進(jìn)行了模擬仿真，完成了4H-SiC靜電感應(yīng)晶體管的設(shè)計(jì)，并通過對(duì)相關(guān)參數(shù)的研究完成了所設(shè)計(jì)

3、的4H-SiC靜電感應(yīng)晶體管的優(yōu)化。
　　本論文研究的主要工作包括:
　　一、對(duì)比了目前半導(dǎo)體材料的性能、工藝和成本等方面的優(yōu)缺點(diǎn)，分析了適合于作為未來普及的半導(dǎo)體材料，最終選擇4H-SiC材料作為研究目標(biāo)，并將其運(yùn)用到靜電感應(yīng)晶體管的設(shè)計(jì)中。
　　二、研究了靜電感應(yīng)晶體管的工作原理，通過Si襯底靜電感應(yīng)晶體管分析了現(xiàn)有的靜電感應(yīng)晶體管器件的分類并選擇平面型埋柵結(jié)構(gòu)靜電感應(yīng)晶體管作為研究對(duì)象。通過對(duì)靜電感應(yīng)晶體管的研究

4、，參考Si襯底靜電感應(yīng)晶體管，簡單設(shè)置了4H-SiC靜電感應(yīng)晶體管的初始參數(shù)。
　　三、通過對(duì)4H-SiC材料的研究以及工藝分析，完成了4H-SiC靜電感應(yīng)晶體管設(shè)計(jì)制造中的相關(guān)工藝過程的模擬仿真。包括了定義4H-SiC襯底材料并劃分了器件仿真網(wǎng)格，模擬仿真4H-SiC中，離子注入的雜質(zhì)摻雜分布工藝。通過Silvaco Tcad軟件中內(nèi)嵌的優(yōu)化工具Optimizer對(duì)4H-SiC的退火工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。通過材料分析與功能仿真，最

5、終完成了器件的工藝仿真以及初始參數(shù)設(shè)置。
　　四、通過器件編輯器DevEdit對(duì)影響4H-SiC靜電感應(yīng)晶體管的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了模擬仿真與理論分析。包括對(duì)器件的類五級(jí)管工作狀態(tài)和類三級(jí)管工作狀態(tài)的模擬仿真，對(duì)包括溝道相關(guān)參數(shù)及漂移區(qū)相關(guān)參數(shù)在內(nèi)的相關(guān)參數(shù)的模擬仿真和對(duì)SiC材料雜質(zhì)不完全離化模型的仿真。
　　五、根據(jù)已經(jīng)進(jìn)行的模擬仿真與性能分析，最終得到了優(yōu)化后的器件模型，并對(duì)優(yōu)化后的模型模擬仿真，提取了器件的性能參數(shù)。