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)。     

一种具有鳍状阳极的垂直GaN功率二极管

针对垂直GaN肖特基二极管击穿电压低、泄漏电流大等问题,提出了一种具有鳍状(Fin)阳极结构的高压垂直GaN功率二极管。该结构利用阳极金属与GaN半导体之间的功函数差耗尽二极管阳极与阴极之间的导电沟道,实现二极管关断及反向耐压的功能,因此,阳极不再需要进行肖特基接触,仅需欧姆接触即可。通过优化Fin阳极结构参数,新结构同时实现高击穿电压和低正向导通压降,该器件的击穿电压为1 791 V(@ 1×10-4 A/cm²),正向导通压降为0.815 V(@ 100 A/cm²),导通电阻仅为0.73 mΩ·cm²且具有高的温度稳定性,开态电流摆幅高达1×10¹²量级。     

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     

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.     

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.     

一种衬底电位自调整电源反向保护电路

为了防止电源反向保护电路中反接的NMOS管衬底和漏极寄生二极管正向击穿,提出了一种衬底电位自调整结构.通过在保护管衬底增加上拉耗尽型NMOS管和下拉n型双扩散(ND) MOS管,自动调整保护管在正向导通和反向截止时的衬底电位,防止其衬底和源、漏之间的寄生二极管正向导通.芯片采用0.35 μm BCD工艺完成设计和流片,保护电路版图面积为0.10 mm2,衬底电位自调整电路版图面积为0.01 mm2.测试结果表明:正向工作最大击穿电压由1V提高至9V,过电流保护值为1.4A,反向保护最大击穿电压达到了-26 V.与同类型电路相比,正向击穿电压有了大幅提高,显著改善了电源反向保护电路的性能.     

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。     

一种超结高压肖特基势垒二极管

改善反向击穿电压和正向导通电阻之间的矛盾关系一直以来都是功率半导体器件的研究热点之一。介绍了一种超结肖特基势垒二极管(SJ-SBD),将p柱和n柱交替构成的超结结构引入肖特基势垒二极管中作为耐压层,在保证正向导通电阻足够低的同时提高了器件的反向耐压。在工艺上通过4次n型外延和4次选择性p型掺杂实现了超结结构。基于相同的外延层厚度和相同的外延层杂质浓度分别设计和实现了常规SBD和SJ-SBD,测试得到常规SBD的最高反向击穿电压为110 V,SJ-SBD的最高反向击穿电压为229 V。实验结果表明,以超结结构作为SBD的耐压层能保证正向压降等参数不变的同时有效提高击穿电压,且当n柱和p柱中的电荷量相等时SJ-SBD的反向击穿电压最高。     

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。     

3300 V-10 A SiC肖特基二极管北大核心CSCD

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。     

一种带有超结浮空层的槽栅场阻IGBT

本文提出了一种带有超结浮空层的槽栅场阻IGBT,它具有高的击穿电压(>1200V),低的正向压降和快速的关断能力。高掺杂的 SJ 浮空层在阳极侧引入了电场峰的同时优化了器件内载流子分布,带来关态击穿电压提高,开态、开关态能量损耗减少等好处。在保持电荷平衡的前提下,增加 SJ 浮空层的厚度可以提高击穿电压和降低正向压降,降低 P 型阳极浓度可以减少关断损耗。与传统结构相比,新结构击穿电压提高了100V,正向压降降低了0.33V（电流密度为100A/cm2）,关断时间缩短了60%。     

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。     

具有P型浮空区的槽栅IGBT结构

本文提出了一种具有P型浮空层的新型槽栅IGBT结构,它是在之前所提的一种积累层沟道控制的槽栅IGBT(TAC-IGBT)基础之上引入了一浮空P型层。此结构在维持原有TAC-IGBT低的正向导通压降和更大正向偏置安全工作区（FBSOA）的同时,减小了器件的泄漏电流,提高了器件的击穿电压,也使得器件的短路安全工作区大大提高,且制造简单,设计裕度增大。仿真结果表明：对于1200V的IGBT器件,具有P型浮空层的新型槽栅IGBT结构漏电比TAC-IGBT小近一个量级,击穿电压提高近150V。     

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。     

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。     

资料简介索引

用液相外延技术已成功地生长了波长～1.33微米的Hg_(1-x)Cd_xTe外延层。制备和测量了光电二极管。异质结分析表明在室温下正向偏压的结电流是以产生-复合机理为主。计算得出产生-复合有效寿命为2×10~(-7)秒。在30伏反向偏压下观察到9×10~(-6)安/厘米~2的漏电流密度,二极管击穿电压为70伏。     

混合P-i-N和异质结二极管的设计与仿真

设计了一个混合P-i-N和多晶硅/4H-SiC异质结的二极管结构(MPH diode)。当正向偏置时,异质结区在低电压下开启,随着正偏电压的不断加大,P~+4H-SiC区域注入少数载流子到漂移区,在异质结下就会有明显的电导调制效应。异质结部分的正向传导增强,即使在高电流密度时,大多数的电流运输也会通过异质结区,这样会使得正向压降和储存电荷之间有一个很好的折衷。当反向偏置时,沟槽MOS结构形成夹断,从而使器件有低漏电流密度和高阻断电压。采用仿真工具Silvaco TCAD来研究MPH二极管的电学特性。结果表明,MPH二极管有低正向开启电压(0.8V),而且当正向电压大于2.7V时,P-i-N区域导通,正向电流密度快速增大。与MPS二极管相比,MPH二极管同样可以工作在高压状态下(2 332V),并且有较小的反向漏电流和较好的反向恢复特性。     

防止MOSFET驱动器与电池反接

防止MOSFET电源开关驱动器反向连接非常重要。利用整流二极管可以避免电池反向连接。然而,当对电池寿命要求较高时,通常不采用二极管。对一个6V电池,二极管的正向电压(典型值为0.6~0.7V)产生约10%的损耗,且该损耗随电池电压的降低而增加。在图1所提供的方案中,用一个P沟道MOSFET(Q1)代替二极管。Q1的导通电阻低于10mW,其正向电压降为几个mV,而二极管压降为几百mV。功耗等于负载电流乘以正向压降,因此,用MOSFET代替二极管可以提高效率。电池正极接Q1漏极,在Q1体内二极管产生正向压降,钳位源极二极管电压低于漏极电压。当源极电压…     

1.33微米HgCdTe/CdTe光电二极管

用液相外延技术成功地生长了波长为1.33微米的Hg_(1-x)Cd_xTe外延层,制备并测量这种材料的光电二极管,对异质结的分析表明:在室温下,正向偏压的结电流主要是产生-复合机理形成的,估计产生-复合的有效寿命为2 ×10~(-7)秒,加30伏反向偏压时,漏电流密度达9×10~(-6)安/厘米~2,而二极管击穿电压为70伏。     

温度对SiGe/Si异质结功率二极管电学特性的影响(英文)

在考虑到各种物理机制如载流子-载流子散射、俄歇复合、禁带窄化效应及结温效应等的基础上,数值模拟分析了SiGe/Si功率开关二极管的各种温度依赖特性。对Si和SiGe/Si功率二极管而言,温度对器件的正向压降VF、反向击穿电压VB以及反向漏电流JR的影响规律基本相似,即随着温度的升高,正向压降降低,击穿电压增加,反向漏电流迅速提高。然而在相同的温度下,与Si功率开关二极管相比,SiGe/Si二极管(20%Ge含量)的正向压降降低了近0.1V(在正向电流密度10A/cm2的情况下),反向恢复时间缩短了一半以上,反向峰值电流密度也下降了约三分之一,软度因子S提高了2倍多。SiGe二极管的另外一个重要优点是其反向恢复特性受温度影响很小。当温度从300K增加到400K时,Si功率二极管的反向恢复时间增加了近1倍,而SiGe/Si二极管(20%Ge含量)的反向恢复时间基本保持不变。SiGe/Si功率开关二极管的一个缺点是在高温下产生较大的漏电流,但这可以通过适当降低Ge含量来改善。Ge的引入为器件设计提供了更大的自由度,其含量对器件特性有重要影响。为了获得低的正向压降和短的反向恢复时间,应该提高Ge的含量,但Ge含量增加将导致大的漏电流,因此Ge含量的大小应该优化折衷考虑。