4H-SiC PiN二极管少子寿命的研究

论文摘要

SiC材料的优越性能与PiN结构的结合是现今开关二极管发展的研究热点。少子寿命是PiN二极管的重要参数,对二极管的正向导通电压,开关时间等都有着重要影响。少子寿命控制技术可以有效减小4H-SiC PiN二极管开关时间与反向峰值电流,改善器件的开关特性。目前,有关电子辐照局部少子寿命控制技术对4H-SiC PiN二极管影响的报道比较有限。本文就这方面的内容作了一些工作:通过所建立的4H-SiC PiN二极管的数值模型模拟了台面结构的4H-SiC PiN二极管的直流和开关特性。模拟数据与实验数据的比较,验证了模型的正确性。模拟研究了4H-SiC PiN二极管正向导通特性和开关特性随少子寿命变化的情况。模拟结果表明:少子寿命越短,器件的正向导通电压越大,反向恢复时间越短。采用电子辐照可以缩短材料的少子寿命,提高器件的开关性能,但是会造成器件正向特性的明显退化。通过在器件与辐照源之间放置掩膜版进行阻挡,可对器件进行局部辐照,形成任意可控的复合中心浓度分布,达到局部少子寿命控制的目的。本文对局部电子辐照后的4H-SiC PiN二极管的正向导通特性与开关特性进行了研究。结果表明:室温下,局部辐照后的器件由3.1V偏置转换到50伏的反向偏置的关断时间仅为50ns,反向时的峰值电流仅为3.5×10-4A,较辐照前的70 ns与8.5×10-4A有明显减小。相比非局部辐照后正向导通电压出现的明显增大,局部辐照后的正向导通电压较辐照前只有微弱增加。即局部电子辐照通过降低i区局部载流子寿命从而实现少数载流子的不均匀分布,在低的正向压降与短的恢复时间之间进行了很好的权衡,改善了器件特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 4H-SiC PiN二极管的优势
• 1.2 4H-SiC PiN二极管少子寿命的相关研究及进展
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 4H-SiC PiN二极管特性与少子寿命的关系
• 2.1 少子寿命的测量和控制
• 2.1.1 少子寿命的测量技术
• 2.1.2 少子寿命的控制技术
• 2.2 4H-SiC PiN二极管的直流特性与少子寿命的关系
• 2.2.1 4H-SiC PiN二极管的正向导通特性与少子寿命的关系
• 2.2.2 4H-SiC PiN二极管的阻断特性与少子寿命的关系
• 2.3 4H-SiC PiN二极管的开关特性与少子寿命的关系
• 2.3.1 4H-SiC PiN二极管的反向恢复时间
• 2.3.2 4H-SiC PiN二极管的开关特性与少子寿命的关系
• 2.4 本章小结
• 第三章 4H-SiC PiN二极管特性的模拟
• 3.1 4H-SiC PiN二极管数值模型的选取
• 3.1.1 4H-SiC PiN二极管的数值模拟
• 3.1.2 4H-SiC PiN二极管模型与材料参数的选取
• 3.2 4H-SiC PiN二极管直流特性的模拟
• 3.2.1 4H-SiC PiN二极管正向导通特性的模拟
• 3.2.2 4H-SiC PiN二极管反向击穿特性的模拟
• 3.3 4H-SiC PiN二极管开关特性的模拟
• 3.4 本章小结
• 第四章 少子寿命控制技术的研究
• 4.1 4H-SiC PiN二极管的辐照特性的模拟
• 4.2 电子辐照对少子寿命的控制
• 4.3 局部少子寿命控制对4H-SiC PiN二极管的影响
• 4.3.1 对正向特性的影响
• 4.3.2 对开关特性的影响
• 4.3.3 局部少子寿命控制的优势
• 4.4 本章小结
• 第五章 研究总结
• 致谢
• 参考文献