半超结SBD的研究

由于导通电阻与击穿电压之间的矛盾关系,肖特基二极管(SBD)不能够应用于高压功率领域。为了改善导通电阻与击穿电压之间的关系,提出了半超结理论及其设计方法。通过对器件结构参数进行计算和优化,构成了一种实现半超结SBD的工艺方法,并利用Silvaco TCAD软件进行仿真验证。结果表明,利用该优化方案,可以得到击穿电压为500V,导通电阻为37mΩ·cm2的半超结SBD器件。     

超结与浮结型肖特基势垒二极管的比较研究

对浮结型及超结型肖特基势垒二极管静态及动态特性进行了解析及模拟.静态特性通过解析击穿电压与导通电阻之间的关系得到.反向恢复特性通过二极管电容随反向电压变化关系解释,商用混合模拟器MEDICI模拟结果表明浮结结构具有软恢复特性,软度因子为0.949.超结结构恢复特性较硬,软度因子为0.7807.当考虑这两种耐压结构时,必...     

3 A/40 V新型肖特基势垒二极管的设计与研制

为提高传统肖特基二极管的击穿电压,减小了器件的漏电流,提高芯片利用率,文中设计研制了适合于裸片封装的新型肖特基势垒二极管(SBD)。利用Silvaco Tcad软件模拟,在器件之间采用PN结隔离,器件周围设计了离子注入形成的保护环,实现了在浓度和厚度分别为7.5×1012 cm-3和5 μm的外延层上,制作出了反向击穿电压45 V和正向导通压降0.45 V的3 A/45 V肖特基二极管,实验和仿真结果基本吻合。此外,还开发了改进SBD结构、提高其电特性的工艺流程。     

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.     

一种隐埋缓冲掺杂层高压SBD器件新结构

提出了一种新型隐埋缓冲掺杂层(IBBD)高压SBD器件,对其工作特性进行了理论分析和模拟仿真验证。与常规高压SBD相比,该IBBD-SBD在衬底上方引入隐埋缓冲掺杂层,将反向击穿点从常规结构的PN结保护环区域转移到肖特基势垒区域,提升了反向静电释放(ESD)能力和抗反向浪涌能力,提高了器件的可靠性。与现有表面缓冲掺杂层(ISBD)高压SBD相比,该IBBD-SBD重新优化了漂移区的纵向电场分布形状,在保持反向击穿点发生在肖特基势垒区域的前提下,进一步降低反向漏电流、减小正向导通压降,从而降低了器件功耗。仿真结果表明,新器件的击穿电压为118 V。反向偏置电压为60 V时,与ISBD-SBD相比,该IBBD-SBD的漏电流降低了52.2%,正向导通电压更低。     

高压Ti／6H-SiC肖特基势垒二极管

在N型6H-SiC外延片上,通过热蒸发,制作Ti／6H-SiC肖特基势垒二极管(SBD)．通过化学气相淀积,进行同质外延生长,详细测量并分析了肖特基二极管的电学特性,该肖特基二极管具有较好的整流特性．反向击穿电压约为400V,室温下,反向电压VR＝200V时,反向漏电流JR低于1×10－4A／cm2．采用Ne离子注入形成非晶层,作为边缘终端,二极管的击穿电压增加到约为800V．     

高压 Ti/ 6H- SiC肖特基势垒二极管

在 N型 6 H - Si C外延片上 ,通过热蒸发 ,制作 Ti/ 6 H- Si C肖特基势垒二极管 (SBD) .通过化学气相淀积 ,进行同质外延生长 ,详细测量并分析了肖特基二极管的电学特性 ,该肖特基二极管具有较好的整流特性 .反向击穿电压约为 40 0 V,室温下 ,反向电压 VR=2 0 0 V时 ,反向漏电流 JR 低于 1e- 4 A / cm2 .采用 Ne离子注入形成非晶层 ,作为边缘终端 ,二极管的击穿电压增加到约为 80 0 V.     

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。     

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)。     

JTE结构4H-SiC肖特基二极管的研究

借助半导体仿真软件Silvaco,仿真一种具有结终端扩展（JTE）结构的碳化硅（SiC）肖特基二极管（SBD）。其机理是通过JTE结构降低肖特基结边缘的电场集中效应,从而优化肖特基二极管的反向耐压能力。研究JTE区深度、宽度及掺杂浓度对碳化硅肖特基二极管的反向耐压的影响。通过优化结终端结构的结构参数使碳化硅肖特基二极管的反向耐压特性达到更好的性能要求。     

基于结终端扩展的4H-SiC肖特基势垒二极管研制

采用高真空电子束热蒸发金属Ni分别作肖特基接触和欧姆接触,离子注入形成结终端扩展表面保护,研制出Ni/4H-SiC肖特基势垒二极管(SBD)。I-V特性测量说明,Ni/4H-SiCSBD有较好的整流特性,热电子发射是其主要的运输机理。实验测量其反向击穿电压达1800V,且反向恢复特性为32ns。     

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.     

超结硅锗功率二极管电学特性的研究

超结SiGe功率开关二极管可以克服常规Si功率二极管存在的一些缺陷,如阻断电压增大的同时,正向导通压降也将增大,反向恢复时间也变长。该新型功率二极管有两个重要特点:一是由轻掺杂的p型柱和n型柱相互交替形成超结结构,代替传统功率二极管的n-基区;二是p+区采用很薄的应变SiGe材料。该器件可以同时实现高阻断电压、低正向压降和快速恢复的电学特性。与相同器件厚度的常规Si功率二极管相比较,反向阻断电压提高了42%,反向恢复时间缩短了40%,正向压降减小了约0.1V(正向电流密度为100A/cm2时)。应变SiGe层中Ge含量和器件的基区厚度是影响超结SiGe二极管电学特性的重要参数,详细分析了该材料参数和结构参数对正向导通特性、反向阻断特性和反向恢复特性的影响,为器件结构设计提供了实用的参考价值。     

基于T型阳极场板下梯度掺杂的多通道AlGaN/GaN肖特基二极管的研究

为了降低微波无线能传输系统(MWPT)整流电路模块的能量损耗,使用AlGaN/GaN异质结肖特基二极管(SBD)可以有效地降低整流损耗。本文设计了一种高性能多通道SBD结构,其具有四个周期性重复AlGaN/GaN的异质结构。为了提高器件的反向特性,使用T型阳极和对不同的AlGaN势垒层采用不同掺杂浓度的方式。这种独特的多通道器件结构正向特性有了显著提升,导通电阻降低了74%,达到了2Ω·mm,导通电压降低了57%,达到了0.31 V。由于T型阳极和独特的Si掺杂方式,该结构的击穿电压达到了300 V。     

一种积累型槽栅超势垒二极管

提出了一种积累型槽栅超势垒二极管,该二极管采用N型积累型MOSFET,通过MOSFET的体效应作用降低二极管势垒。当外加很小的正向电压时,在N+区下方以及栅氧化层和N-区界面处形成电子积累的薄层,形成电子电流,进一步降低二极管正向压降;随着外加电压增大,P+区、N-外延区和N+衬底构成的PIN二极管开启,提供大电流。反向阻断时,MOSFET截止,PN结快速耗尽,利用反偏PN结来承担反向耐压。N型积累型MOSFET沟道长度由N+区和N外延区间的N-区长度决定。仿真结果表明,在相同外延层厚度和浓度下,该结构器件的开启电压约为0.23 V,远低于普通PIN二极管的开启电压,较肖特基二极管的开启电压降低约30%,泄漏电流比肖特基二极管小近50倍。     

GaN基SBD功率器件研究进展

作为第三代宽禁带半导体器件,GaN基肖特基势垒二极管(SBD)功率器件具有耐高温、耐高压和导通电阻小等优良特性,在功率器件方面具有显著的优势。概述了基于功率应用的GaN SBD功率器件的研究进展。根据器件结构,介绍了基于材料特性的GaN SBD和基于AlGaN/GaN异质结界面特性的GaN异质结SBD。根据器件结构对开启电压的影响,对不同阳极结构器件进行了详细的介绍。阐述了不同的肖特基金属的电学特性和热稳定性。分析了表面处理,包括表面清洗、表面等离子体处理和表面钝化对器件漏电流的影响。介绍了终端保护技术,尤其是场板技术对击穿电压的影响。最后探讨了GaN基SBD功率器件未来的发展趋势。     

Mo/4H-SiC肖特基势垒二极管的研制

采用微电子平面工艺,射频溅射Mo作肖特基接触,电子束热蒸发金属Ni作欧姆接触,三级场限环终端表面保护.并通过对Mo接触进行合理的高温退火,不降低理想因子和反向耐压特性情况下,有效控制肖特基势垒高度在1.2～1.3 eV范围内,成功研制出高耐压低损耗Mo/4H-SiC肖特基势垒二极管.其特性测试结果为:击穿电压Vb为3000V,串联导通电阻Ron为9.2mΩ·cm2,Vb2/Ron为978MW/cm2.     

Mo/4H-SiC肖特基势垒二极管的研制

采用微电子平面工艺,射频溅射Mo作肖特基接触,电子束热蒸发金属Ni作欧姆接触,三级场限环终端表面保护.并通过对Mo接触进行合理的高温退火,不降低理想因子和反向耐压特性情况下,有效控制肖特基势垒高度在1.2～1.3 eV范围内,成功研制出高耐压低损耗Mo/4H-SiC肖特基势垒二极管.其特性测试结果为:击穿电压Vb为3000V,串联导通电阻Ron为9.2mΩ·cm2,Vb2/Ron为978MW/cm2.     

功率肖特基二极管反向EOS量化检测及改善

由于抗反向过压或过流冲击能力不足而导致的功率肖特基势垒二极管(SBD)的潜在失效,会影响电路的可靠性,也是器件制造中最难解决的问题.根据SBD特点和应用要求,给出了静电放电(ESD)、反向浪涌电流冲击、单脉冲雪崩能量三种抗反向过电应力(EOS)能力的量化检测方法.针对三种检测方法的特点,明确了失效机理,并从工艺参数、器件结构等方面给出了解决办法.以2 A 100 V SBD芯片为例,通过器件仿真、流片验证,给出了通过p+保护环结深、p+结浓度、外延层厚度、保护环面积等工艺和结构参数改善ESD、反向浪涌电流冲击、单脉冲雪崩能量的方法.提出了一种p+-p-保护环的结构,可提高功率SBD的抗反向瞬态冲击特性.