超高压4H-SiC PiN二极管的设计及其特性研究

发布时间：2020-03-23 23:46

【摘要】：以第三代宽禁带半导体碳化硅(silicon carbide,SiC)材料为衬底而制作成的PiN功率二极管器件,因其高击穿电压、高开关速度以及低正向导通电阻等优良性能,正在超高压功率器件领域崭露头角。然而国内目前的超高压SiC功率器件尚处于发展阶段,其设计研制相对还不成熟。在此情况下,本论文基于SiC材料,设计研制了一款超高压PiN功率二极管器件,通过计算机二维仿真技术对其结构进行了优化,并结合国内现有实验平台进行了流片实验及测试,旨在为国内后续的超高压SiC功率器件研究提供一个参考思路。本文首先介绍了SiC PiN二极管的正向及反向工作原理。然后,基于Silvaco Technology Computer Aided Design(TCAD)仿真软件,对其中经常用到的关键物理模型,诸如迁移率模型,载流子复合模型以及碰撞电离模型进行了概述,为后文的器件结构设计打下基础。第二,本文通过文献调研,进行了超高压SiC PiN二极管元胞的关键参数(漂移区厚度、漂移区浓度)的设计。为了实现10kV以上的耐压,本文还在二维仿真结果的指导下分别设计了结终端扩展(Junction Termination Extension,JTE)、场限环(Field Limiting Ring,FLR)、复合型终端等多种终端结构,并研究了不同终端技术中的关键参数对器件击穿电压的影响。为了模拟实际器件特性,还讨论了SiO_2/SiC界面电荷对于击穿特性的影响。之后经过分析和优化,设计出了具有宽剂量窗口的复合型终端结构,提高了工艺容差。最后,进行了超高压SiC PiN二极管的实验研究。本文基于国内现有实验条件,确定了超高压SiC PiN二极管的工艺流程,完成了版图设计工作,经过流片实验过程,之后对流片得到的器件进行了正向导通特性及反向阻断能力测试。测试结果表明:本次实验所制备的超高压SiC PiN二极管在室温下的正向电流I_F6A,器件的正向导通压降V_F=3.6V@100A/cm~2。反向阻断电压BV(28)10kV时,器件的反向泄漏电流I_R1μA,实现了此次超高压SiC PiN二极管的关键技术指标。
【图文】：

SiC材料的球棍模型

2-19kV的4H-SiCPiN二极管结构图
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN312.4

【参考文献】

相关硕士学位论文 前2条

1 萧寒;高压4H-SiC PiN二极管的结构优化与实验研究[D];电子科技大学;2016年

2 李妍月;高压SiC JBS二极管的设计优化与实验研究[D];电子科技大学;2016年

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本文编号：2597455