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.     

3C-SiC/Si异质结二极管的高温特性

研究了低压化学气相淀积方法制备的n- 3C- Si C/p- Si(10 0 )异质结二极管(HJD)在30 0～4 80 K高温下的电流密度-电压(J- V)特性.室温下HJD的正反向整流比(通常定义为±1V外加偏压下)最高可达1.8×10 4 ,在4 80 K时仍存在较小整流特性,整流比减小至3.1.在30 0 K温度下反向击穿电压最高可达2 2 0 V .电容-电压特性表明该Si C/Si异质结为突变结,内建电势Vbi为0 .75 V.采用了一个含多个参数的方程式对不同温度下异质结二极管的正向J-V实验曲线进行了很好的拟和与说明,并讨论了电流输运机制.该异质结构可用于制备高质量异质结器件,如宽带隙发射极Si C/Si HBT     

3C-SiC/Si异质结二极管的高温特性

研究了低压化学气相淀积方法制备的n-3C-SiC/p-Si(100)异质结二极管(HJD)在300～480K高温下的电流密度-电压(J-V)特性.室温下HJD的正反向整流比(通常定义为±1V外加偏压下)最高可达1.8×104,在480K时仍存在较小整流特性,整流比减小至3.1.在300K温度下反向击穿电压最高可达220V.电容-电压特性表明该SiC/Si异质结为突变结,内建电势Vbi为0.75V.采用了一个含多个参数的方程式对不同温度下异质结二极管的正向J-V实验曲线进行了很好的拟和与说明,并讨论了电流输运机制.该异质结构可用于制备高质量异质结器件,如宽带隙发射极SiC/Si HBT等.     

3C-SiC/Si异质结二极管的高温特性

研究了低压化学气相淀积方法制备的n-3C-SiC/p-Si(100)异质结二极管(HJD)在300～480K高温下的电流密度-电压(J-V)特性.室温下HJD的正反向整流比(通常定义为±1V外加偏压下)最高可达1.8×104,在480K时仍存在较小整流特性,整流比减小至3.1.在300K温度下反向击穿电压最高可达220V.电容-电压特性表明该SiC/Si异质结为突变结,内建电势Vbi为0.75V.采用了一个含多个参数的方程式对不同温度下异质结二极管的正向J-V实验曲线进行了很好的拟和与说明,并讨论了电流输运机制.该异质结构可用于制备高质量异质结器件,如宽带隙发射极SiC/Si HBT等.     

6H-SiC高压肖特基势垒二极管

在可商业获得的 N型 6 H - Si C晶片上 ,通过化学气相淀积 ,进行同质外延生长 ,在此结构材料上 ,通过热蒸发 ,制作 Ni/6 H- Si C肖特基势垒二极管 .测量并分析了肖特基二极管的电学特性 ,结果表明 ,肖特基二极管具有较好的整流特性 :反向击穿电压约为 45 0 V,室温下 ,反向电压 VR=- 2 0 0 V时 ,反向漏电流 JL=5× 10 - 4 A· cm- 2 ;理想因子为 1.0 9,肖特基势垒高度为 1.2 4— 1.2 6 e V ,开启电压约为 0 .8V     

JTE终端结构4H-SiC JBS二极管的击穿特性研究

研究了JTE终端结构4H-SiC JBS二极管的击穿特性。首先,理论模拟了JTE终端横向长度、离子注入剂量和界面电荷对击穿电压的影响。对工艺条件进行优化,制作了JTE终端结构4H-SiC JBS二极管。测试结果表明,器件的正向电压为1.52 V,特征导通电阻为2.12 mΩ·cm²,击穿电压为1 650 V。接着,研究器件的变温电流-电压特性发现,正向电流主要为热发射机制,而反向电流与电压、温度有很强的依赖关系。最后进行了高温反偏应力老化测试,结果表明,击穿电压呈下降趋势。     

具有场限环终端的6500 V 4H-SiC结势垒肖特基二极管的研制

阐述了6 500 V4H-SiC结势垒肖特基(JBS)二极管的设计、仿真和制备过程,并对流片结果进行了测试,分析了测试结果与仿真结果差异的原因。通过仿真对比分析了漂移区厚度、掺杂浓度、有源区p+区和场限环终端参数对器件电学特性的影响,数值模拟优化了器件元胞和终端结构的漂移区、有源区和场限环的结构参数。根据模拟结果,4H-SiC漂移区掺杂浓度为1.08×1015 cm-3、厚度为60μm,采用经过优化的70个场限环终端结构,通过完整的工艺流程,完成6 500 V4H-SiC JBS的制备。测试结果显示,室温下当6 500 V4H-SiC JBS正向导通电流密度达到3.53×105 A/m2时,正向压降为4 V,器件的反向击穿电压约为8 000 V。     

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.     

一种新型硅基恒流二极管的特性研究

提出了一种新型硅基环状分布垂直沟道恒流二极管,包括并联的结型场效应晶体管和PIN整流管。建立了器件的数值模型,并利用SILVACO TCAD仿真工具对器件的恒定电流值、击穿电压等特征参数进行模拟。结果显示,该器件工作于正向时,恒流效果好,开启电压约为3 V,击穿电压可达140 V;该器件工作在反向时,表现出良好的整流特性,开启电压约为0.8 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。     

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.     

4H-SiC SBD和JBS退火研究

在4H-SiC外延材料上制备了SBD和JBS器件,研究并分析了退火温度对这两种器件正反向特性的影响。结果表明,低于350℃退火可同时提高SBD和JBS的正反向特性。当退火温度高于350℃时,二者的正向特性都出现退化,SBD退化较JBS更为严重。JBS阻断电压随退火温度升高而增大,在退火温度高于450℃时增加趋势变缓。SBD阻断电压随退火温度升高先升后降,在500℃退火时达到一个最大值。可见一定程度的退火有助于提高4H-SiCSBD和JBS器件的正反向特性,但须考虑其对正反向特性的不同影响。综合而言,退火优化后JBS优于SBD器件性能。     

4H-SiC结势垒肖特基二极管VRSM特性研究

通过器件模拟仿真软件Sentauras和高分辨率透射电子显微镜（High-Resolution Transmission Electron Microscopy ,简称HRTEM）研究了4H-SiC结势垒肖特基二极管（Junction Barrier Schottky ,简称JBS）在反向浪涌电压应力作用下的失效机理;进而重点研究了结终端扩展区（Junction Termination Extension ,简称JTE）的长度、深度和掺杂浓度对该器件反向浪涌峰值电压（Maximum Surge Peak Reverse Voltage ,简称VRSM）的影响,并结合JBS的基本结构对其进行优化设计;最后,流片测试显示优化设计的4H-SiC结势垒肖特基二极管的VRSM值约为1450V,比原器件提升了20%左右。     

集成式等效低压二极管

采用集成器件结构和先进工艺研制了一款等效低压二极管.该等效低压二极管的等效电路实质是一个普通npn三极管和一个普通二极管并联.这种结构的器件的正向特性是普通二极管的正向压降;反向特性是普通npn三极管的发射极E和集电极C之间的特性.选择特有的版图设计和工艺流程,可以将普通npn三极管的发射极E和集电极C之间的电压VECO(实际也是等效低压二极管的反向击穿电压)调整到5.1V以下,该等效低压二极管的反向漏电可达到纳安级,反向动态电阻可达到10 Ω以内.利用此特性,该等效低压二极管适合于高频千兆网口接口的保护,可以避免传输信号丢失.     

A 2-dimensional fully analytical model for design of high voltage junction barrier Schottky (JBS) diodes

A physics-based closed form analytical model for the reverse leakage current of a high voltage junction barrier Schottky (JBS) diode is developed and shown to agree with experimental results. Maximum electric field “seen” by the Schottky contact is calculated from first principles by a 2-dimensional method as a function of JBS diode design parameters and confirmed by numerical simulations. Considering thermionic emission under image force barrier lowering and quantum mechanical tunneling, electric field at the Schottky contact is then related to reverse current. In combination with previously reported forward current and resistance models, this gives a complete I-V relationship for the JBS diode. A layout of interdigitated stripes of P-N and Schottky contacts at the anode is compared theoretically with a honeycomb layout and the 2-D model is extended to the 3-D honeycomb structure. Although simulation and experimental results from 4H-Silicon Carbide (SiC) diodes are used to validate it, the model itself is applicable to all JBS diodes.     

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.     

一种提高ESD性能的高压SBD器件结构研究

提出了一种新型SBD器件结构,并应用于高压SBD产品的研制。该结构通过在肖特基势垒区的硅表面增加一层表面缓冲掺杂层(Improved Surface Buffer Dope),将高压SBD的击穿点从常规结构的PN结保护环区域转移到平坦的肖特基势垒区,从根本上提高了器件的反向静电放电(ESD)和浪涌冲击能力。经流片验证,采用该结构的10A150VSBD产品和10A200VSBD产品均通过了反向静电放电(HBM模式)8kV的考核,达到目前业界领先水平。该结构工艺实现简单,可以应用于100V以上SBD的批量生产。     

深槽Ni(Pt)Si/Si肖特基二极管特性研究

采用15nmNi/1.5nmPt/15nmNi/Si结构在600～850°C范围内经RTP退火的方法形成Ni(Pt)Si薄膜,其薄膜电阻低且均匀一致。比形成较低电阻率的NiSi薄膜的温度提高了150°C。在850°CRTP退火后形成的Ni(Pt)Si/Si肖特基势垒二极管I-V特性很好,其势垒高度ΦB为0.71eV,改善了肖特基二极管的稳定性。实验表明在肖特基二极管中引入深槽结构,可以大幅度地提高其反向击穿电压。在外延层浓度为5E15cm-3时,深槽器件的击穿电压可以达到80V,比保护环器件高约30V。