4H-SiC高压肖特基二极管及结终端技术研究

论文摘要

碳化硅（SiC）是近十几年来迅速发展起来的第三代半导体材料之一。与传统半导体材料Ge,Si以及GaAs相比,SiC以其优良的物理化学特性和电学特性成为制造高温、大功率、高频微波及抗辐照电子器件的理想材料。在高频电路和微波领域,具有高功率、高温及高可靠性的4H-SiC肖特基二极管（SBD）具有广阔的应用前景。为了改善4H-SiC SBD的反向阻断特性,提高器件的击穿电压,本文利用器件数值仿真工具对结终端扩展（JTE）结构的4H-SiCSBD的击穿特性进行了研究,分析了击穿电压与结构参数的关系,给出了优化的器件结构参数,提出了一种优化设计该类器件的方法。针对严重影响4H-SiCSBD击穿特性的表面电场和电势分布,通过求解二维泊松方程,建立了一个精确且简化的JTE结构的4H-SiC SBD的表面场分布解析模型,该模型计算结果与器件数值仿真结果基本一致,为碳化硅功率器件的JTE终端设计提供了理论基础。为了比较各种终端结构提高4H-SiCSBD击穿的电压效率,本文最后设计了4H-SiC SBD的工艺实验方案,分析了该类器件制造中的材料和关键工艺,结合国内现有的碳化硅的工艺水平,设计了具有不同终端结构的器件的版图图形和主要的工艺流程并进行了初步流片。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 碳化硅材料优势
• 1.2 碳化硅大功率肖特基二极管的研究现状
• 1.3 电场集中效应和结终端技术
• 1.3.1 结边缘的电场集中效应
• 1.3.2 结终端技术
• 1.4 本文的主要研究工作
• 第二章 4H-SiC 材料参数及物理模型
• 2.1 DESSIS 仿真中4H-SiC 材料参数及物理模型
• 2.1.1 DESSIS 仿真工具及求解的基本方程
• 2.1.2 4H-SiC 物理模型和材料参数的选取
• 2.2 4H-SiC 功率器件的设计要点
• 2.2.1 4H-SiC 临界击穿电场
• 2.2.2 非穿通结构的漂移区的设计
• 2.2.3 穿通结构的漂移区的设计
• 2.3 本章小结
• 第三章JTE 结构4H-SiC SBD 击穿特性
• 3.1 JTE 结构的4H-SiC SBD 的击穿特性模拟
• 3.1.1 器件结构及参数
• 3.1.2 各种参数对击穿特性的影响
• 3.2 JTE 结构4H-SiC SBD 表面场解析模型
• 3.2.1 二维表面场解析模型求解
• 3.2.2 表面场解析模型结果分析与讨论
• 3.3 本章小结
• 第四章 高压4H-SiC 功率SBD 工艺实验研究
• 4.1 实验材料及4H-SiC SBD 的关键工艺
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 4H-SiC SBD 关键工艺
• 4.2 版图设计及工艺步骤
• 4.2.1 4H-SiC SBD 版图设计
• 4.2.2 主要的工艺流程
• 4.3 本章小结
• 第五章 研究总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目及完成的学术论文