SiC功率二极管的结构与电特性分析研究

发布时间：2017-07-06 09:21

  本文关键词：SiC功率二极管的结构与电特性分析研究

  更多相关文章： SiC 导通电阻 击穿电压 肖特基二极管 结势垒肖特基二极管

【摘要】：随着半导体技术的发展以及集成电路制造工艺的进步,人们对功率半导体器件提出了新的要求,即低正向压降、低反向恢复时间、低功耗、高频、高温等。然而硅材料作为目前半导体器件的广泛使用材料,对其的开发研究已达到硅物理特性的极限,因此对宽禁带半导体器件的研究成为必然趋势。碳化硅(SiC)作为新一代半导体材料,具有禁带宽度大、临界击穿电场强、热导率高、高温稳定性好等特点,是电力电子器件的研究重点。碳化硅肖特基二极管(SiC SBD)具有零反向恢复、开关速度快、功耗低的优点；碳化硅PiN二极管具有反向漏电流低、反向击穿电压高的特点。本论文主要结合SiC SBD与SiC PiN二极管的优点,设计了碳化硅结势垒肖特基二极管(SiCJBS)的结构,并对其电学特性进行了研究与分析。主要内容如下：一、SiC JBS二极管的基本工作原理及其相应的元胞结构。研究了SiC JBS二极管的正向导通以及反向阻断机理。器件的反向击穿电压(VB)的影响因子,比如外延层的厚度、临界击穿电场强度等。器件的正向导通电阻的组成分析,包括沟道电阻、扩散电阻、漂移区电阻、衬底电阻、接触电阻等。二、对SiC JBS二极管的结构进行设计、优化以及参数分析,设计出反向耐压为3300V的SiC JBS二极管的结构。研究相邻P+区的不同间隔S对二极管器件的电学特性的影响,分析器件的正向I-V特性曲线、反向漏电流等,得出间隔S越大,反向漏电流越大,对器件反向特性不利。研究P+区的不同宽度W对二极管特性的影响,分析器件的I-V特性曲线等,得出宽度W影响着器件的正向导通电阻Ron,为获得最优的二极管正向特性,选取2.6μm为P+区的最佳宽度值。研究P+区的掺杂浓度对二极管器件的电特性的影响,分析器件的正向I-V特性曲线、反向阻断特性等,得出P+区的掺杂浓度对导通电阻Ron有直接影响,但对反向击穿电压没有直接关系,这与我们之前的理论公式分析相吻合。并获取最优化P+区掺杂浓度5×1018cm-3。研究了JBS器件外延层的掺杂浓度、厚度t对器件的反向击穿电压的影响等。
【关键词】：SiC 导通电阻 击穿电压 肖特基二极管 结势垒肖特基二极管
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN313.4
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景11-15
• 1.2 国内外研究现状15-17
• 1.2.1 国际上研究发展15-16
• 1.2.2 国内研究状态16-17
• 1.3 研究意义及主要内容17-19
• 第二章 SiC功率二极管基本理论基础19-29
• 2.1 SiC材料的基本特性19-20
• 2.2 SiC功率二极管的基本原理20-29
• 2.2.1 SiC SBD的结构及工作原理20-26
• 2.2.2 SiC PiN二极管的结构及工作原理26-27
• 2.2.3 SiC JBS的结构及工作原理27-29
• 第三章 SiC JBS器件结构设计29-43
• 3.1 Silvaco仿真模型29-33
• 3.2 正向导通特性33-39
• 3.3 反向阻断特性39-43
• 第四章 SiC JBS器件特性分析43-57
• 4.1 P~+区对器件特性的影响43-54
• 4.1.1 相邻P~+区的间距S对器件特性的影响43-48
• 4.1.2 P~+区的宽度W对器件电特性的影响48-51
• 4.1.3 P~+区的掺杂浓度对器件电特性的影响51-54
• 4.2 外延层对器件电特性的影响54-57
• 第五章 总结与展望57-59
• 5.1 总结57-58
• 5.2 展望58-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-65
• 攻读硕士期间科研成果65-66
• 附件66

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本文编号：525624