高压SiC PiN功率二极管新结构设计与实验研究

发布时间：2022-12-07 19:24

　　碳化硅（Silicon Carbide,SiC）材料具有高电子饱和漂移速度、高热导率、高临界击穿电场以及抗辐照特性强等相比硅（Si）材料的突出优点。高压SiC双极型器件在电导调制效应的作用下,可以在拥有高耐压的同时获得更低的导通压降和更高的通态电流,特别适合高功率、耐高温、抗辐照的应用环境,从而成为近年来半导体功率器件领域的研究热点。作为一种双极型功率二极管,4H-SiC PiN二极管是应用在高压大功率整流领域中的一种重要的功率二极管,拥有广泛的应用前景和深厚的发展潜力。目前国内对SiC材料和4H-SiC PiN功率二极管的研究仍然处于起步阶段,技术水平与国外同领域的领先团队相比还有不小的差距。本论文对4H-SiC PiN二极管进行了电流增强型新结构的设计和仿真优化,并基于国内的碳化硅工艺条件,对新结构二极管进行了版图绘制和实验研究工作,从而为国内对4H-SiC PiN器件的相关研究提供参考。基于Silvaco TCAD半导体仿真软件,本文首先对4H-SiC PiN二极管的元胞基本结构进行了设计,确定元胞的漂移区厚度为30μm,掺杂浓度为3×10¹⁵cm^... 

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 碳化硅材料特性及优势
    1.2 SiC PiN功率二极管的研究意义
    1.3 SiC PiN功率二极管的发展现状
    1.4 本论文的主要工作安排
第二章 4H-SiC PiN二极管理论基础和基本特性仿真研究
    2.1 4 H-SiC PiN二极管的理论基础
        2.1.1 PiN二极管的正向导通特性
        2.1.2 PiN二极管的反向阻断特性
        2.1.3 PiN二极管的开关特性
    2.2 4 H-SiC PiN二极管仿真物理模型
        2.2.1 不完全离化模型
        2.2.2 迁移率模型
        2.2.3 载流子复合模型
        2.2.4 碰撞电离模型
    2.3 4 H-SiC PiN二极管基本特性仿真研究
        2.3.1 元胞基本结构设计
        2.3.2 温度对4H-SiC PiN二极管正向导通特性的影响
        2.3.3 深能级缺陷对4H-SiC PiN二极管正向导通特性的影响
        2.3.4 4 H-SiC PiN二极管的反向恢复特性仿真
    2.4 本章小结
第三章 4H-SiC PiN二极管新结构设计与终端技术研究
    3.1 电流增强型4H-SiC PiN二极管元胞设计与仿真
        3.1.1 带P埋层的二极管元胞设计
        3.1.2 离子注入型Trench阳极区二极管元胞设计
    3.2 终端结构设计
        3.2.1 场限环终端技术
        3.2.2 结终端扩展技术
    3.3 本章小结
第四章 4H-SiC PiN二极管版图设计和实验研究
    4.1 4 H-SiC PiN二极管版图设计
        4.1.1 工艺流程
        4.1.2 版图设计
    4.2 实验关键工艺研究
        4.2.1 离子注入工艺
        4.2.2 欧姆接触工艺
    4.3 本章小结
第五章 总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]Development of 17 kV 4H-SiC PiN diode[J]. 黄润华,陶永洪,汪玲,陈刚,柏松,栗锐,李赟,赵志飞.  Journal of Semiconductors. 2016(08)
[2]宽禁带半导体SiC功率器件发展现状及展望[J]. 张波,邓小川,张有润,李肇基.  中国电子科学研究院学报. 2009(02)
[3]场限环的简单理论[J]. 陈星弼.  电子学报. 1988(03)

博士论文
[1]4H-SiC PiN功率二极管研制及其关键技术研究[D]. 韩超.西安电子科技大学 2016
[2]4H-SiC功率肖特基势垒二极管（SBD）和结型势垒肖特基（JBS）二极管的研究[D]. 陈丰平.西安电子科技大学 2012

硕士论文
[1]高压SiC PiN器件的研制与静动态特性研究[D]. 柏思宇.电子科技大学 2017



本文编号：3712697