高能效新型S波段半导体功率器件设计

发布时间：2023-05-13 18:54

　　随着宽禁带半导体材料与器件技术的不断成熟,其材料和器件方面的优势日益明显,并且在电力电子和照明工程等领域均获得了实用化。现代无线通信技术的飞速发展,对射频功率放大器性能指标的要求越来越高,“高能效和高性能并举”成为当前乃至今后的主要发展趋势。本文首次提出了一种具有多凹陷缓冲层的4H-SiC MESFET(MRB 4H-SiC MESFET)结构。与双凹陷缓冲层(DRB 4H-SiC MESFET)结构相比,该结构同时提高了器件的输出功率密度和截止频率,解决了器件的直流性能和交流性能相互制约的问题。此结构应用了超结的原理,通过减小源漏间的部分沟道厚度,使沟道进一步耗尽,沟道区的电阻增大,从而使漂移区的电场强度分布更均匀,击穿电压得到了提高。进而使输出功率密度得到提高,使器件达到了优异的直流特性。栅源侧的未凹陷区域起到了辅助栅极耗尽的作用,抑制了栅耗尽层向源侧延伸,在维持跨导稍有减小的同时,改善了器件的栅源电容,从而提高了器件的截止频率,使得器件保持了良好的交流特性。通过ISE-TCAD仿真结果表明,DRB 4H-SiC MESFET的击穿电压为61.50V,MRB 4H-SiC MESF...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 功率器件的研究背景及意义
    1.2 功率器件的研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
第二章 器件仿真软件及流程
    2.1 ISE-TCAD仿真软件及流程
        2.1.1 ISE-TCAD软件
        2.1.2 仿真流程
    2.2 ADS仿真软件及模型
        2.2.1 ADS软件
        2.2.2 EE-FET3模型
    2.3 制作工艺
    2.4 本章总结
第三章 具有多凹陷缓冲层的 4H-SiC MESFET结构设计
    3.1 器件结构及工作原理
    3.2 仿真物理模型
        3.2.1 迁移率模型
        3.2.2 复合模型
        3.2.3 雪崩离化模型
    3.3 直流性能仿真结果及分析
        3.3.1 饱和漏电流密度
        3.3.2 击穿电压
        3.3.3 输出功率密度
    3.4 射频性能仿真结果及分析
        3.4.1 栅源电容
        3.4.2 跨导
        3.4.3 截止频率
    3.5 MRB MESFET结构凹陷缓冲层长度及深度的优化
        3.5.1 栅漏间凹陷长度
        3.5.2 栅源间凹陷长度
        3.5.3 凹陷深度
    3.6 本章总结
第四章 器件模型参数对PAE的影响研究
    4.1 仿真软件及模型
    4.2 器件仿真模型
        4.2.1 漏源电流模型
        4.2.2 分散电流(I_db)模型
        4.2.3 栅电荷模型
        4.2.4 输出电荷与延迟
        4.2.5 栅极正向导通和击穿
        4.2.6 噪声模型
    4.3 器件性能参数对功率附加效率的影响
        4.3.1 阈值电压Vto

        4.3.2 跨导饱和电压V_go

        4.3.3 跨导G_mmax

        4.3.4 电阻R
        4.3.5 最大输入电容C_11o

        4.3.6 最小输入电容C_11th

        4.3.7 转换电压Deltgs
    4.4 MRB MESFET结构再优化
    4.5 本章总结
第五章 总结与展望
    5.1 工作总结
    5.2 研究展望
参考文献
致谢
作者简介



本文编号：3816313

suoshi