3300 V-10 A SiC肖特基二极管

利用一次离子注入同时形成有源区和结终端结构,实现3 300 V 4H-SiC肖特基二极管。器件的正向电压为1.7 V时,电流达到10.3 A,相应电流密度为100 A/cm2,比导通电阻为7.77 mΩ·cm2。在3 300 V反向偏置电压下反向漏电流为226μA。测试同一晶圆上的pn二极管显示,设计的场限环结终端击穿电压可以达到4 000 V,达到仿真结果的95%。分析发现肖特基二极管的漏电流主要由肖特基接触的热场电子发射产生,有源区的肖特基接触线宽直接影响器件的正向电流密度和反向漏电流。设计合适的肖特基接触宽度是实现高性能器件的关键。     

300V以上硅基新型JBS肖特基二极管的制备

为了在保留传统肖特基二极管正向压降低、电流密度大优点的基础上,使其反向击穿电压提高到了300 v以上,我们采用硅材料做为衬底,肖特基结区采用蜂房结构,终端采用两道场限环结构加一道切断环结构,所制备的肖特基二极管在正向电流10A时,正向压降仅为0.79 V;同时在施加300 V反向电压时,反向漏电流在5μA以下.     

4H-SiC混合PN/Schottky二极管的研制

报道了4H-SiC混合PN/Schottky二极管的设计、制备和特性．该器件用镍作为肖特基接触金属,使用了结终端扩展（JTE）技术．在肖特基接触下的n型漂移区采用多能量注入的方法形成P区而组成面对面的PN结,这些PN结将肖特基接触屏蔽在高场之外,离子注入的退化是在1500℃下进行了30min．器件可耐压600V,在600V时的最小反向漏电流为1×10-3A/cm2．1000μm的大器件在正向电压为3V时电流密度为200A/cm2,而300μm的小尺寸器件在正向电压为3.5V电流密度可达1000A/cm2．     

4H-SiC TSOB结势垒肖特基二极管的结构优化设计

室温下,沟槽底部有氧化物间隔的结势垒肖特基二极管的击穿电压达到2 009V,正向导通压降为2.5V,在正向偏压为5V时,正向电流密度为300A/cm2。在P型多晶硅掺杂的有源区生成双层SiO2间隔,以优化漂移区电场分布,正向导通压降为2.5V,击穿电压达到2 230V,耐压值提高11%。反向电压为1 000V时,反向漏电流密度比普通结构降低90%,有效地降低了器件的漏电功耗。普通结构的开/关电流比为2.56×103(1~500V),而改进结构的开/关电流比为3.59×104(1~500V)。     

4H-SiC混合 PN/ Schottky二极管的研制

报道了 4H- Si C混合 PN / Schottky二极管的设计、制备和特性 .该器件用镍作为肖特基接触金属 ,使用了结终端扩展 (JTE)技术 .在肖特基接触下的 n型漂移区采用多能量注入的方法形成 P区而组成面对面的 PN结 ,这些 PN结将肖特基接触屏蔽在高场之外 ,离子注入的退化是在 15 0 0℃下进行了 30 min.器件可耐压 6 0 0 V,在 6 0 0 V时的最小反向漏电流为 1× 10 - 3A/ cm2 . 10 0 0μm的大器件在正向电压为 3V时电流密度为 2 0 0 A/ cm2 ,而 30 0μm的小尺寸器件在正向电压为 3.5 V电流密度可达 10 0 0 A/ cm2     

10A/600V大功率硅基JBS肖特基二极管的制备

为了弥补传统肖特基二极管漏电流大和反向耐压低的不足,采用栅条P+-N结和肖特基结嵌套形成结势垒肖特基二极管(JBS),终端结构由7道场限环和1道切断环构成。通过模拟确定最优参数后流片试验,同步制备肖特基二极管(SBD)和Pi N二极管作为对比。结果表明:制备的JBS二极管兼备SBD二极管正偏和Pi N二极管反偏的优点。在漏电流密度小于1×10-5A/cm2时,反向耐压达到600 V;正向电流10 A(80.6 A/cm2)时,导通压降仅为1.1V。     

采用场板和B+离子注入边缘终端技术的Ti/4H-SiC肖特基势垒二极管

采用自主外延的4H-SiC外延片,利用PECVD生长的SiO2做场板介质,B 离子注入边缘终端技术,制造了Ti/4H-SiC肖特基势垒二极管.测试结果表明,Ti/4H-SiC肖特基势垒二极管的理想因子n=1.08,势垒高度(ψe)=1.05eV,串联电阻为6.77mΩ·cm2,正向电压为4V时,电流密度达到430A/cm2.反向击穿电压大于1.1kV,室温下,反向电压为1.1kV时,反向漏电流为5.96×10-3 A/cm2.     

采用场板和B+离子注入边缘终端技术的Ti/4H-SiC肖特基势垒二极管

采用自主外延的4H-SiC外延片,利用PECVD生长的SiO2做场板介质,B+离子注入边缘终端技术,制造了Ti/4H-SiC肖特基势垒二极管.测试结果表明,Ti/4H-SiC肖特基势垒二极管的理想因子n=1.08,势垒高度(ψe)=1.05eV,串联电阻为6.77mΩ·cm2,正向电压为4V时,电流密度达到430A/cm2.反向击穿电压大于1.1kV,室温下,反向电压为1.1kV时,反向漏电流为5.96×10-3 A/cm2.     

1200V/100A高温大电流4H-SiC JBS器件的研制

基于SiC结势垒肖特基(JBS)二极管工作原理及其电流/电场均衡分布理论,采用高温大电流单芯片设计技术及大尺寸芯片加工技术,研制了1 200 V/100 A高温大电流4H-SiCJBS二极管.该器件采用优化的材料结构、有源区结构和终端结构,有效提高了器件的载流子输运能力.测试结果表明,当正向导通压降为1.60 V时,其正向电流密度达247 A/cm2(以芯片面积计算).在测试温度25和200℃时,当正向电流为100 A时,正向导通压降分别为1.64和2.50 V;当反向电压为1 200 V时,反向漏电流分别小于50和200μA.动态特性测试结果表明,器件的反向恢复特性良好.器件均通过100次温度循环、168 h的高温高湿高反偏(H3TRB)和高温反偏可靠性试验,显示出优良的鲁棒性.器件的成品率达70％以上.     

元器件与组件

小封装高电流肖特基二极管 ZHCS400肖特基二极管以SOD323形式封装,正向电流400mA时正向压降425mV。该二极管的平均电 流为1A,脉冲电流为6.75A,功耗250mW。 反向电压30V时反向漏电流为15μA,反向电流200μA的击穿电压为40V。(10000只时单价0.14美元,接     

2700V4H-SiC结势垒肖特基二极管

在76.2 mm 4H-SiC晶圆上采用厚外延技术和器件制作工艺研制的结势垒肖特基二极管(JBS).在室温下,器件反向耐压达到2700 V.正向开启电压为0.8V,在VF=2V时正向电流密度122 A/cm2,比导通电阻Ron=8.8 mΩ·cm2.得到肖特基接触势垒qφв=1.24 eV,理想因子n=1.     

3300V碳化硅肖特基二极管及混合功率模块研制

基于数值仿真结果,采用结势垒肖特基(JBS)结构和多重场限环终端结构实现了3 300 V/50 A 4H-SiC肖特基二极管(SBD),所用4H-SiC外延材料厚度为35 μm、n型掺杂浓度为2× 1015cm-3.二极管芯片面积为49 mm2,正向电压2.2V下电流达到50 A,比导通电阻13.7 mΩ· cm2;反偏条件下器件的雪崩击穿电压为4 600 V.基于这种3 300 V/50 A 4H-SiC肖特基二极管,研制出3 300 V/600 A混合功率模块,该模块包含24只3 300 V/50 A Si IGBT与12只3 300 V/50 A 4H-SiC肖特基二极管,SiC肖特基二极管为模块的续流二极管.模块的动态测试结果为:反向恢复峰值电流为33.75 A,反向恢复电荷为0.807 μC,反向恢复时间为41 ns.与传统的Si基IGBT模块相比,该混合功率模块显著降低了器件开关过程中的能量损耗.     

1200V 40A碳化硅肖特基二极管设计北大核心CSCD

设计并实现了一种阻断电压为1 200V、正向电流40A的碳化硅(SiC)肖特基势垒二极管(SBD)。采用有限元仿真的方法对器件的有源区和终端保护参数进行了优化。器件采用10μm厚度掺杂浓度为6E15cm-3的外延材料,终端保护采用浮空场限制环。正向电压1.75V时,导通电流达到40A。     

1200V 40A碳化硅肖特基二极管设计

设计并实现了一种阻断电压为1 200V、正向电流40A的碳化硅(SiC)肖特基势垒二极管(SBD)。采用有限元仿真的方法对器件的有源区和终端保护参数进行了优化。器件采用10μm厚度掺杂浓度为6E15cm-3的外延材料,终端保护采用浮空场限制环。正向电压1.75V时,导通电流达到40A。     

分立半导体

高电压肖特基整流管。MBR60100CT肖特基整流管最适合100至300W供电应用，具有100V反向电压和60A正向电流，封装形式是TO-220AB。该器件典型正向电压是0．64V，最大反向漏电流20mA，典型漏电流仅8．5mA。     

高性能SiC整流二极管研究

在n型4H-SiC单晶导电衬底上制备了具有MPS(merged p-i-n Schottky diode)结构和JTE(junction termination extension)结构的肖特基势垒二极管。通过高温离子注入及相应的退火工艺,进行了区域性p型掺杂,形成了高真空电子束蒸发Ni/Pt/Au复合金属制备肖特基接触,衬底溅射Ti W/Au并合金做欧姆接触,采用场板和JTE技术减小高压电场集边效应。该器件具有良好的正向整流特性和较高的反向击穿电压。反向击穿电压可以达到1300V,开启电压约为0.7V,理想因子为1.15,肖特基势垒高度为0.93eV,正向电压3.0V时,电流密度可以达到700A/cm2。     

碳化硅混合PiN/Schottky二极管的二维模拟

利用模拟软件MEDICI对碳化硅混合PiN/Schottky二极管(MPS)的输运机理及伏安特性进行了模拟.输运机理的模拟结果表明MPS的工作原理是正向肖特基起主要作用,而反向时PN结使漏电流大大减小.伏安特性的模拟结果表明MPS的正向压降小,电流密度大,在2V正向偏压下达10-5A/μm,反向漏电流小,击穿电压高(2000V左右),可以通过改变肖特基和PN结的面积比来调整MPS的性能,与硅MPS、碳化硅PN结以及碳化硅肖特基二极管相比具有明显的优势,是理想的功率整流器.     

碳化硅混合PiN/Schottky二极管的二维模拟

利用模拟软件MEDICI对碳化硅混合PiN/Schottky二极管(MPS)的输运机理及伏安特性进行了模拟.输运机理的模拟结果表明MPS的工作原理是正向肖特基起主要作用,而反向时PN结使漏电流大大减小.伏安特性的模拟结果表明MPS的正向压降小,电流密度大,在2V正向偏压下达10-5A/μm,反向漏电流小,击穿电压高(2000V左右),可以通过改变肖特基和PN结的面积比来调整MPS的性能,与硅MPS、碳化硅PN结以及碳化硅肖特基二极管相比具有明显的优势,是理想的功率整流器.     

Si基JBS整流二极管的设计与制备

基于JBS整流二极管理论,详细介绍了一种Si基JBS整流二极管设计方法、制备工艺及测试结果。在传统肖特基二极管(SBD)有源区,利用光刻和固态源扩散工艺形成掺硼的蜂窝状结构,与n型衬底形成pn结,反向偏置时抑制了因电压增加引起的金属-半导体势垒高度降低,减小了漏电流;采用离子注入形成两道场限环的终端结构,有效防止了边缘击穿,提高了反向击穿电压。对制备的器件使用Tektronix 370B可编程特性曲线图示仪进行了I-V特性测试,结果表明本文设计的Si基JBS整流二极管正向压降VF=0.78 V(正向电流IF=5 A时),反向击穿电压可达340 V。     

4H-SiC TSOB结势垒肖特基二极管静态特性

为增强器件的反向耐压能力,降低器件的漏电功耗,采用Silvaco TCAD对沟槽底部具有SiO₂间隔的结势垒肖特基二极管(TSOB)的器件特性进行了仿真研究。通过优化参数来改善导通压降(V_F)-反向漏电流(I_R)和击穿电压的折衷关系。室温下,沟槽深度为2.2 μm时,器件的击穿电压达到1 610 V。正向导通压降为2.1 V,在V_F=3 V时正向电流密度为199 A/cm²。为进一步改善器件的反向阻断特性,在P型多晶硅掺杂的有源区生成一层SiO₂来优化漂移区电场分布,此时改善的器件结构在维持正向导通压降2.1 V的前提下,击穿电压达到1 821 V,增加了13%。在1 000 V反向偏置电压下,反向漏电流密度比普通结构降低了87%,有效降低了器件的漏电功耗。普通器件结构的开/关电流比为2.6×10³(1 V/-500 V),而改善的结构为1.3×10⁴(1 V/-500 V)。