垂直结构氮化稼肖特基二极管的研究
发布时间：2020-12-13 00:52
随着科技的不断发展,电源开关、智能手机、电动汽车、再生能源发电等新型科技产品对功率半导体器件提出了新的要求,随着全球能源问题的严重化,人们希望用各种方式来节约能源,这就对功率器件性能的要求越来越高,以致于传统的Si基功率器件已经无法满足人们的需求,以高性能著称的第三代半导体GaN和SiC进入人们的视野。相比于Si和SiC,GaN具有宽禁带（3.43 eV）、高电子迁移率（1245 cm2/V·s）、高电子饱和速率（2.5 × 107 cm/s）等特点,理论上可以实现更高的击穿电压和更低的导通电阻,更适合制造功率器件。从器件结构上看,相比于水平结构的二极管,垂直结构的二极管具有器件尺寸小的特点,且能够很大程度缓解电流阻塞效应,更利于实现高击穿电压、低导通电阻和高度集成化的效果。此外,相比于异质外延,同质外延的GaN具有更低的位错密度及界面应力,从而实现更高的晶体质量。近年来随着GaN生长技术的发展,在市场上已经可以实现位错密度在1 06 cm-2的高质量GaN单晶衬底,这为发展垂直型自支撑GaN基肖特基二极管提供了结实的材料基础。目前,肖特基二极管正向着高击穿电压、高开关比、低导通电阻的...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＧａＮ的晶体结构：（ａ）闪锌矿结构，（ｂ）纤锌矿结构??ＧａＮ主两晶，是结和结，１．１
?第一章绪论??????—??Ｅｖａｃ??Ｗ半导体??ｗ金属?一?Ｅｃ?Ｔ＼??＿Ｅｆ?ｑ（ｐＢ?、?Ｅｃ??■??图１．２肖特基接触的能带结构??与电压的表达式如式１．１所示??其中／〇是饱和电流，其表达式为：??／〇?＝?ＡＡ＊＊Ｔ２?ｅｘｐ?－?１＾）?（１．２）??肖特基二极管是一种重要的开关器件，与ＰＮ结二极管相比，它具有开启电??压低，导通电阻低，开关速率快等优势［１１］。常用的测试方法有电流－电压－温度??测试，电流－电压曲线测试，电容－电压曲线测试等。我们可以从这些曲线中获得??肖特基势垒（０Ｓ），反向击穿电压（％），理想因子ｎ，导通电阻（ｉＣＪ，开关比??（／＾／／。／／）等重要参数［１２］，这些参数的物理意义如下：??？肖特基势垒也？。肖特基势垒是衡量一个肖特基二极管整流特性的参数。一??般情况下，肖特基势垒越高，二极管的整流效果就越好，反向偏压下，反??向漏电流就越低。该参数主要取决于何种金属与何种半导体形成接触，当??金属与半导体材料确定后，所制备出的肖特基二极管的最大肖特基势垒高??度就是一个定值，一般情况下，我们通过选择不同功函数的金属来调整金??属－半导体接触所形成的肖特基势垒。??？反向击穿电压％。二极管的工作电压的范围直接取决于它的反向击穿电??压，该参数是保证二极管能正常工作的重要依据。当工作电压超过器件的??击穿电压时，器件将无法正常实现整流的作用。因此，想要保证器件在高??电压条件下工作，必须提高二极管的反向击穿电压。??？理想因子ｎ。理想因子是衡量所制备的肖特基二极管与理想状态下的肖特??基二极管差异程度的参数，其取值一般在１？２
?第一章绪论???ｑ（ｔ＞Ｂ??Ｅｃ???ｆ???ＥＦ路径１：无缺陷（ｎ＝ｌ）??Ｖ?＂￣２?路径２：大量复合中心（ｎ＝２）???Ｅｖ路径３：部分复合中心（ｎ＞ｌ）??金属?半导体??图１．３肖特基二极管的载流子输运机理??Ｓｃｈｏｔｔｋｙ?ｃｏｎｔａｃｔ?〇?Ｅｌｅｃｔｒｉｃ?Ｆｉｅｌｄ??Ｄｒｉｆｔ?ｌａｙｅｒ?ｙ，’??ｆｗＤ／??Ｏｈｍｉｃ?ｃｏｎｔａｃｔ??图１．４反向偏压下肖特基二极管的电场分布??要来源于缺陷复合电流［１３，?１４］，如图１．３所示。因此，我们可以通过衡量??理想因子ｎ的大小，来判断器件势垒区电流的主要来源。??？导通电阻。导通电阻主要表征器件在正常工作电路中产生的能量损耗。??当器件处于正向导通状态时，会有电流流经器件，由于器件存在电阻，所以??会产生一定的热损耗，此时二极管的导通电阻就决定了能量损耗大小，在??高电压、大电流情况下，为保证器件损耗较低，需要尽可能的降低二极管??的导通电阻。??？开关比。开关比主要表征在导通状态和阻断状态下流经器件的电??流大小对比。作为一个开关器件，除了要求开关响应速率快之外，还需要??有高的开关比，即当器件处于导通状态时，允许任意大小的电流通过器件；??当器件处于阻隔状态时，要保证尽量没有电流通过器件。??在反向偏压下，理想的肖特基二极管的电场分布如图１．４所示。这表明最大??电场强度位于阳极金属与半导体的界面处。一个简单的垂直型肖特基二极管由??阳极金属，漂移层，衬底和阴极金属四部分组成。当肖特基二极管处于正向导通??４??
本文编号：2913575
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＧａＮ的晶体结构：（ａ）闪锌矿结构，（ｂ）纤锌矿结构??ＧａＮ主两晶，是结和结，１．１
?第一章绪论??????—??Ｅｖａｃ??Ｗ半导体??ｗ金属?一?Ｅｃ?Ｔ＼??＿Ｅｆ?ｑ（ｐＢ?、?Ｅｃ??■??图１．２肖特基接触的能带结构??与电压的表达式如式１．１所示??其中／〇是饱和电流，其表达式为：??／〇?＝?ＡＡ＊＊Ｔ２?ｅｘｐ?－?１＾）?（１．２）??肖特基二极管是一种重要的开关器件，与ＰＮ结二极管相比，它具有开启电??压低，导通电阻低，开关速率快等优势［１１］。常用的测试方法有电流－电压－温度??测试，电流－电压曲线测试，电容－电压曲线测试等。我们可以从这些曲线中获得??肖特基势垒（０Ｓ），反向击穿电压（％），理想因子ｎ，导通电阻（ｉＣＪ，开关比??（／＾／／。／／）等重要参数［１２］，这些参数的物理意义如下：??？肖特基势垒也？。肖特基势垒是衡量一个肖特基二极管整流特性的参数。一??般情况下，肖特基势垒越高，二极管的整流效果就越好，反向偏压下，反??向漏电流就越低。该参数主要取决于何种金属与何种半导体形成接触，当??金属与半导体材料确定后，所制备出的肖特基二极管的最大肖特基势垒高??度就是一个定值，一般情况下，我们通过选择不同功函数的金属来调整金??属－半导体接触所形成的肖特基势垒。??？反向击穿电压％。二极管的工作电压的范围直接取决于它的反向击穿电??压，该参数是保证二极管能正常工作的重要依据。当工作电压超过器件的??击穿电压时，器件将无法正常实现整流的作用。因此，想要保证器件在高??电压条件下工作，必须提高二极管的反向击穿电压。??？理想因子ｎ。理想因子是衡量所制备的肖特基二极管与理想状态下的肖特??基二极管差异程度的参数，其取值一般在１？２
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