SiC光触发晶闸管的研制与特性分析
发布时间：2021-12-12 03:23
碳化硅（SiC）光触发晶闸管（LTT）在工业和国防领域均具有重要的应用价值。在此通过理论设计与实验研究相结合的方法,对4H-SiC LTT进行了研制。所研制SiC LTT为p型长基区结构,长基区厚度为80μm,杂质浓度为2×1014cm-3。为改善阳极发射结空穴注入效率低的问题,短基区设计为双层结构,其中上层轻掺杂层厚度为0.3μm、下层厚度为1.7μm。测试结果显示,所研制SiC LTT正向开启电压为3.1 V,通态压降为4.39 V,比导通电阻约为87.8 mΩ·cm2;在100 mW/cm2,365 nm紫外（UV）光触发下,开通延迟时间约为14.9μs,阳极电压下降时间为100 ns,阳极电流上升时间约为11.5μs。
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(10)北大核心CSCD
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
图２?ＳｉＣ?ＬＴＴ外延层结构横断面ＳＥＭ图??Ｆｉｇ．?２?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ＳｉＣ?ＬＴＴ?ｅｐｉｔａｘｉａｌ?ｌａｙｅｒｓ??
ＳｉＣ光触发晶闸管的研制与特性分析??２器件结构??所设计ＳｉＣ?ＬＴＴ器件结构见图１。为改善ＳｉＣ??ＬＴＴ阳极发射结空穴注入效率低问题，所设计ＳｉＣ??ＬＴＴ采用了双层ｎ型短基区结构，其中双层ｎ型??短基区结构上层轻掺杂层厚度为０．３?上层轻??掺杂层杂质浓度２ｘｌ０１５?ｃｍ－３、下层厚度为１．７?ｐｍ、??下层杂质浓度为２ｘｌ０１７?ｃｍ－３。此外，由于ＳｉＣ晶片??透明且ＳｉＣ?ＬＴＴ无门电极结构，所设计ＳｉＣ?ＬＴＴ??采用了无门极槽结构，使器件制造工艺得到简化。??杂？浓度／ｃｍ?－?３??２－１０＇－?２ｘｌ０１７?ＺｘｌＱ＇１；??ｉ０．３＇ｕｍ＇?！??图２?ＳｉＣ?ＬＴＴ外延层结构横断面ＳＥＭ图??Ｆｉｇ．?２?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ＳｉＣ?ＬＴＴ?ｅｐｉｔａｘｉａｌ?ｌａｙｅｒｓ??基于上述ＳｉＣ外延晶片，开展ＳｉＣ?ＬＩＴ的器件??制造工艺实验。首先对ＳｉＣ外延晶片进行ＲＣＡ标??准清洗工艺处理，烘千后淀积Ｓｉ０２掩膜通过干法??刻蚀工艺进行对版标记刻蚀；接着在晶片衬底Ｃ面??蒸镀２００?ｒｕｎ厚的金属Ｎｉ，并在氮气气氛保护下进??行１?０５０弋，２?ｍｉｎ的快速退火形成阴极欧姆接触；??之后在外延层上表面通过光刻－蒸镀－剥离方法形??成６０?ｎｍ／３０?ｎｍ／８０?ｎｍ的Ｎｉ／Ｔｉ／Ａ丨多层金属，并在??氮气气氛保护下进行８００?２?ｍｉｎ快速退火形成??阳极欧姆接触；随后在阴极一侧蒸镀２?ｐｍ厚的金??属Ａｇ，在阳极一侧通过光刻－蒸镀－剥离的方法形??成２?ｊｕｎ厚的Ａ１?Ｐａｄ金属。完成制作ＳｉＣ?ＬＴＴ管??芯经划片后采用ＴＯ－２５４管壳进行封装。??４特
０?２?ｍｉｎ快速退火形成??阳极欧姆接触；随后在阴极一侧蒸镀２?ｐｍ厚的金??属Ａｇ，在阳极一侧通过光刻－蒸镀－剥离的方法形??成２?ｊｕｎ厚的Ａ１?Ｐａｄ金属。完成制作ＳｉＣ?ＬＴＴ管??芯经划片后采用ＴＯ－２５４管壳进行封装。??４特性分析??所研制ＳｉＣ?ＬＴＴ的正向导通特性通过??Ｂ１５０５Ａ功率器件测试系统进行测试。测试过程??中，使用波长?３６５ｎｍ?的?ＵＶ?ＬＥＤ（ＮＣＳＵ０３３Ｂ）向ＳｉＣ??ＬＴＴ光窗口加载强度／。为１００?ｍＷ／ｃｍ２的恒定ＵＶ??光。图３为正向直接导通时所研制４Ｈ－ＳｉＣ?ＬＴＴ阳??极电流ｉＡ－电压…特性曲线。可见，ＳｉＣＬＴＴ正向??直接导通特性曲线类似于ＰｉＮ二极管，对应正向??开启电压为３．１?Ｖ，当正向电流为２?Ａ时，ＳｉＣ?ＬＴＴ??正向电流密度为５０?Ａ／ｃｍ２，对应通态压降４．３９?Ｖ，??比导通电阻约为８７．８?ｍｆｌ＊ｃｍ２。??为测试所研制４Ｈ－ＳｉＣ?ＬＴＴ的光触发特性，搭??建原理如图４所示的测试电路。所搭建测试电路??主要由充电电源ｔ／，、电容Ｃ、负载电阻札、杂散电??５??３．５??３??２．５??２??１．５??Ｉ??０．５??？ａ／Ｖ??图３?Ｓｉｃ?Ｌｒｒ正向直接导通特性曲线??Ｆｉｇ．?３?Ｆｏｒｗａｒｄ?ｄｉｒｅｃｔ?ｏｎ－ｓｔａｔｅ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ＳｉＣ?ＬＴＴ??能够缩减平台驱动电路体积与质量的同时，可大??幅提高系统的抗电磁干扰能力１８］。因此，对ＳｉＣ??ＬＴＴ进行研究，对于工业和国防均具有重要意义。??此处在理论设计的基础上，开展了?ＳｉＣ?ＬＴＴ??的研制工作，并
本文编号：3535916
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(10)北大核心CSCD
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
图２?ＳｉＣ?ＬＴＴ外延层结构横断面ＳＥＭ图??Ｆｉｇ．?２?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ＳｉＣ?ＬＴＴ?ｅｐｉｔａｘｉａｌ?ｌａｙｅｒｓ??
ＳｉＣ光触发晶闸管的研制与特性分析??２器件结构??所设计ＳｉＣ?ＬＴＴ器件结构见图１。为改善ＳｉＣ??ＬＴＴ阳极发射结空穴注入效率低问题，所设计ＳｉＣ??ＬＴＴ采用了双层ｎ型短基区结构，其中双层ｎ型??短基区结构上层轻掺杂层厚度为０．３?上层轻??掺杂层杂质浓度２ｘｌ０１５?ｃｍ－３、下层厚度为１．７?ｐｍ、??下层杂质浓度为２ｘｌ０１７?ｃｍ－３。此外，由于ＳｉＣ晶片??透明且ＳｉＣ?ＬＴＴ无门电极结构，所设计ＳｉＣ?ＬＴＴ??采用了无门极槽结构，使器件制造工艺得到简化。??杂？浓度／ｃｍ?－?３??２－１０＇－?２ｘｌ０１７?ＺｘｌＱ＇１；??ｉ０．３＇ｕｍ＇?！??图２?ＳｉＣ?ＬＴＴ外延层结构横断面ＳＥＭ图??Ｆｉｇ．?２?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ＳｉＣ?ＬＴＴ?ｅｐｉｔａｘｉａｌ?ｌａｙｅｒｓ??基于上述ＳｉＣ外延晶片，开展ＳｉＣ?ＬＩＴ的器件??制造工艺实验。首先对ＳｉＣ外延晶片进行ＲＣＡ标??准清洗工艺处理，烘千后淀积Ｓｉ０２掩膜通过干法??刻蚀工艺进行对版标记刻蚀；接着在晶片衬底Ｃ面??蒸镀２００?ｒｕｎ厚的金属Ｎｉ，并在氮气气氛保护下进??行１?０５０弋，２?ｍｉｎ的快速退火形成阴极欧姆接触；??之后在外延层上表面通过光刻－蒸镀－剥离方法形??成６０?ｎｍ／３０?ｎｍ／８０?ｎｍ的Ｎｉ／Ｔｉ／Ａ丨多层金属，并在??氮气气氛保护下进行８００?２?ｍｉｎ快速退火形成??阳极欧姆接触；随后在阴极一侧蒸镀２?ｐｍ厚的金??属Ａｇ，在阳极一侧通过光刻－蒸镀－剥离的方法形??成２?ｊｕｎ厚的Ａ１?Ｐａｄ金属。完成制作ＳｉＣ?ＬＴＴ管??芯经划片后采用ＴＯ－２５４管壳进行封装。??４特
０?２?ｍｉｎ快速退火形成??阳极欧姆接触；随后在阴极一侧蒸镀２?ｐｍ厚的金??属Ａｇ，在阳极一侧通过光刻－蒸镀－剥离的方法形??成２?ｊｕｎ厚的Ａ１?Ｐａｄ金属。完成制作ＳｉＣ?ＬＴＴ管??芯经划片后采用ＴＯ－２５４管壳进行封装。??４特性分析??所研制ＳｉＣ?ＬＴＴ的正向导通特性通过??Ｂ１５０５Ａ功率器件测试系统进行测试。测试过程??中，使用波长?３６５ｎｍ?的?ＵＶ?ＬＥＤ（ＮＣＳＵ０３３Ｂ）向ＳｉＣ??ＬＴＴ光窗口加载强度／。为１００?ｍＷ／ｃｍ２的恒定ＵＶ??光。图３为正向直接导通时所研制４Ｈ－ＳｉＣ?ＬＴＴ阳??极电流ｉＡ－电压…特性曲线。可见，ＳｉＣＬＴＴ正向??直接导通特性曲线类似于ＰｉＮ二极管，对应正向??开启电压为３．１?Ｖ，当正向电流为２?Ａ时，ＳｉＣ?ＬＴＴ??正向电流密度为５０?Ａ／ｃｍ２，对应通态压降４．３９?Ｖ，??比导通电阻约为８７．８?ｍｆｌ＊ｃｍ２。??为测试所研制４Ｈ－ＳｉＣ?ＬＴＴ的光触发特性，搭??建原理如图４所示的测试电路。所搭建测试电路??主要由充电电源ｔ／，、电容Ｃ、负载电阻札、杂散电??５??３．５??３??２．５??２??１．５??Ｉ??０．５??？ａ／Ｖ??图３?Ｓｉｃ?Ｌｒｒ正向直接导通特性曲线??Ｆｉｇ．?３?Ｆｏｒｗａｒｄ?ｄｉｒｅｃｔ?ｏｎ－ｓｔａｔｅ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ＳｉＣ?ＬＴＴ??能够缩减平台驱动电路体积与质量的同时，可大??幅提高系统的抗电磁干扰能力１８］。因此，对ＳｉＣ??ＬＴＴ进行研究，对于工业和国防均具有重要意义。??此处在理论设计的基础上，开展了?ＳｉＣ?ＬＴＴ??的研制工作，并
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