4H-SiC功率BJT器件特性研究

发布时间：2017-09-12 18:17

  本文关键词：4H-SiC功率BJT器件特性研究

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【摘要】：第三代宽禁带半导体材料碳化硅(Silicon Carbide)具有高击穿电场、高饱和漂移速度和高热导率的特性。因此SiC功率器件在大功率、高温及抗辐照应用中具有很广阔的前景。其中SiC BJT器件导通电阻低、耐高温及较快的开关速度等特点得到了很多的关注。本文通过二维数值仿真软件Silvaco Atlas来研究4H-Si C BJT的特性。首先简要介绍了用于仿真的物理模型,并根据相关文献中的实验数据给出物理模型中所需的参数。根据已有的优化后的4H-Si C BJT基本结构,研究了器件的正向特性及反向特性。其中具体分析了4H-Si C BJT器件的反向击穿特性,并针对击穿问题,对4H-SiC BJT使用并优化了场限环、场板结构。优化后的场限环结深0.4μm、环掺杂浓度2×1018cm-3,可以将器件的击穿电压提高到1470V。场板结构主要考虑了普通场板与台阶型场板结构,优化了场板结构中金属电极的长度,以及氧化层的厚度,最终击穿电压达到1475V左右。对于4H-Si C BJT外基区表面界面态导致的复合电流问题,提出了两种结构来抑制该复合电流。一种结构是外基区重掺杂结构,这种结构通过浓度差异产生内建电场,内建电场阻止电子向外基区表面扩散,该结构优化后重掺杂浓度为8×1018cm-3、掺杂深度为0.2μm,最大电流增益可以达到46。另一种结构是外基区钝化层负离子注入结构,负离子引起的电场调制外基区表面势,减小少子浓度,降低载流子复合率,从而提高电流增益。该结构优化后的最大电流增益为44。最后简述了实验中所用的器件结构,并对每种结构给出了具体实验步骤,根据实验步骤给出实验版图的设计。针对离子注入工艺进行了研究。对于离子注入使用软件TRIM进行了仿真,给出了结终端结构及抑制界面复合电流结构中所需离子注入的能量与剂量。
【关键词】：碳化硅 双极型晶体管 电流增益 结终端 界面态
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN322;TN304.24
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 SiC基本材料特性9-10
• 1.2 SiC器件发展状况10-12
• 1.3 SiC BJT国内外发展概况12-14
• 1.4 本文主要内容14-15
• 第二章 仿真模型与 4H-Si C BJT基本工作原理15-27
• 2.1 二维仿真基本模型简介15-20
• 2.1.1 杂质不完全离化模型15-16
• 2.1.2 载流子迁移率模型16-17
• 2.1.3 带隙模型17-18
• 2.1.4 载流子复合模型18-19
• 2.1.5 碰撞电离模型19-20
• 2.2 4H-SiC BJT的基本工作原理20-26
• 2.2.1 电流增益21-23
• 2.2.2 击穿电压23-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 4H-SiC BJT基本特性仿真与结终端设计27-49
• 3.1 4H-SiC BJT基本结构27-28
• 3.2 直流特性仿真研究28-30
• 3.3 反向特性仿真研究30-32
• 3.4 4H-SiC BJT结终端设计32-47
• 3.4.1 场限环终端结构32-40
• 3.4.1.1 单个场限环的仿真与优化33-37
• 3.4.1.3 多个场限环结构的优化与仿真37-40
• 3.4.2 场板终端结构40-47
• 3.4.2.1 单层场板设计优化40-44
• 3.4.2.2 台阶型场板设计与优化44-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第四章 4H-SiC BJT新结构研究49-63
• 4.1 界面态对BJT电流增益的影响49-52
• 4.2 抑制界面态的研究现状52-53
• 4.3 抑制界面复合电流的新结构53-62
• 4.3.1 外基区表面重掺杂结构54-59
• 4.3.2 氟离子注入结构59-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第五章 4H-SiC BJT实验设计63-76
• 5.1 4H-SiC BJT实验设计63-68
• 5.1.1 实验具体步骤64-66
• 5.1.2 实验版图设计66-68
• 5.1.2.1 版图说明66-67
• 5.1.2.2 对准标记67-68
• 5.2 SiC关键实验步骤研究68-74
• 5.2.1 离子注入69-72
• 5.2.2 欧姆接触72-74
• 5.3 本章小结74-76
• 第六章 结论76-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-84
• 攻读硕士学位期间取得的成果84-85

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本文编号：838774