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浮动结JBS器件的设计方法

研究了4H-SiC浮动结(FJ)结势垒肖特基(JBS)二极管的设计方法。提出在上外延层厚度一定的情况下得到外延层最佳掺杂浓度,然后以器件的功率优值(BFOM值)为依据确定出最佳下外延层厚度,进而设计出浮动结和表面结的最佳结构参数。否定了文献中认为浮动结位于器件中部为最佳设计的结论。仿真结果表明浮动结和表面结线宽比不仅影响器件导通特性,还会影响反向特性。浮动结线宽比在一定范围内会略微影响器件击穿电压,而表面结线宽比主要影响器件的反向泄漏电流。     

一种基于4H-SiC JBS二极管的Boost型PFC电路

传统Si基快恢复二极管(FRD)在应用时由于反向恢复电流大、漏电流高等问题限制了电力电子电路的性能提升.基于此,提出了一种4H-SiC结势垒肖特基(JBS)二极管在功率因数校正(PFC)电路中的应用方案.首先测试比较了制备的4H-SiC JBS和Si FRD的关键电学参数,指出反向恢复特性是影响器件损耗的关键;然后介绍...     

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.     

4H-SiC双层浮结肖特基势垒二极管温度特性研究

为了增强器件高温条件下的适应性,对4H-SiC双层浮结肖特基势垒功率二极管的温度特性进行了研究.结果表明,当温度变化时,器件的阻断电压、通态电阻、反向漏电流及开关时间等电学性质均要发生一定的变化.作为一种基于浮结技术的sic新器件,通过数值模拟方法对其特征参数进行优化,可使其承载电流能力、阻断特性和开关速度等得到进一步...     

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。     

耐250℃高温的1200V-5A4H-SiC JBS二极管

采用碳化硅外延和器件工艺制造了碳化硅结势垒肖特基(JBS)二极管,耐压达到1 200 V,封装的器件电流室温达到5 A(正向压降2.1 V).通过在不同工作温度下对比测试显示了直流特性随工作温度的变化情况,并验证至少在250℃下依旧能正常工作.研制的1 200 V碳化硅JBS二极管和IXYS公司的600 V硅快恢复二极管(Fast recovery diode)进行了对比:室温动态开关测试中,碳化硅二极管的反向恢复能耗比硅二极管节省92%.这是国内首次报道的250℃高温下正常工作的碳化硅JBS二极管.     

Ti/4H-SiC SBD中子辐照效应的研究

采用1 MeV的中子对Ti/4H-SiC肖特基势垒二极管(SBD)的辐照效应进行研究,观察了常温下的退火效应.实验的最高中子剂量为1×1015 n/cm2,对应的γ射线累积总剂量为33 kGy (Si).经过1×1014 n/cm2的辐照后,Ti/SiC肖特基接触没有明显退化;剂量达到2.5×1014 n/cm2后,观察到势垒高度下降;剂量达到1×1015 n/cm2后,势垒高度从1.00 eV下降为0.93eV;经过常温下19 h的退火后,势垒高度有所恢复,表明肖特基接触的辐照损伤主要是由电离效应造成的.辐照后,器件的理想因子较辐照前有所上升;器件的正向电流(VF=2V)随着辐照剂量的上升而下降.     

6H-SiC高压肖特基势垒二极管

在可商业获得的N型6H-SiC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/6H-SiC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450V,室温下,反向电压VR=-200V时,反向漏电流JL=5×10-4A*cm-2;理想因子为1.09,肖特基势垒高度为1.24—1.26eV,开启电压约为0.8V．     

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     

600 V-30 A 4H-SiC肖特基二极管作为IGBT续流二极管的研究

采用碳化硅外延和器件工艺制造了碳化硅肖特基(SBD)二极管,耐压超过600 V。正向压降为1.6 V时,器件电流达到30A。作为IGBT续流二极管,600 V碳化硅肖特基二极管和国际整流器公司的600 V超快恢复二极管(Ultra fast diode)进行了对比:125℃IGBT模块动态开关测试中,碳化硅二极管的反向恢复能耗比硅二极管节省90%,相应的IGBT开通能耗节省30%。另外反向恢复中过电压从40%降为10%,这是由于碳化硅的软度高,提高了模块的可靠性。     

Ni，Ti/4H-SiC肖特基势垒二极管

采用本实验室生长的4H-SiC外延片,分别用高真空电子束蒸Ni和Ti做肖特基接触金属,Ni合金作欧姆接触,SiO_2绝缘环隔离减小高压电场集边效应等技术,制作出4H-SiC肖特基势垒二极管(SBD)。该器件在室温下反向击穿电压大于600 V,对应的漏电流为2.00×10~(-6)A。对实验结果分析显示,采用Ni和Ti作肖特基势垒的器件的理想因子分别为1.18和1.52,肖特基势垒高度为1.54 eV和1.00 eV。实验表明,该器件具有较好的正向整流特性。     

采用浮空场限制环的耐压10kV碳化硅二极管的开发

The design, fabrication, and electrical characteristics of the 4H-SiC JBS diode with a breakdown voltage higher than 10 kV are presented. 60 floating guard rings have been used in the fabrication. Numerical simulations have been performed to select the doping level and thickness of the drift layer and the effectiveness of the edge termination technique. The n-type epilayer is 100 μm in thickness with a doping of 6 × 10^14 cm^-3. The on-state voltage was 2.7 V at JF = 13 A/cm^2.     

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。     

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)。     

退火温度对Au/Ti/4H-SiC肖特基接触特性的影响

采用电子束蒸发法在4H-SiC表面制备了Ti/Au肖特基电极,研究了退火温度对Au/Ti/4H-SiC肖特基接触电学特性的影响.对比分析了不同退火温度下样品的电流密度-电压(J-V)和电容-电压(C-V)特性曲线,实验结果表明退火温度为500℃时Au/Ti/4H-SiC肖特基势垒高度最大,在.J-V测试和C-V测试中分别达到0.933 eV和1.447 eV,且获得理想因子最小值为1.053,反向泄漏电流密度也实现了最小值1.97×10-8 A/cm2,击穿电压达到最大值660 V.对退火温度为500℃的Au/Ti/4H-SiC样品进行J-V变温测试.测试结果表明,随着测试温度的升高,肖特基势垒高度不断升高而理想因子不断减小,说明肖特基接触界面仍然存在缺陷或者横向不均匀性,高温下的测试进一步证明肖特基接触界面还有很大的改善空间.     

Cu/,Ni/4H-SiC Schottky势垒的退火研究

采用磁控溅射方法分别在n型4H-SiC上沉积Cu,Ni金属薄膜形成Schottky接触，并进行不同温度下的退火，通过I-V和C-V测试，研究不同退火温度对Schottky势垒高度以及理想因子的影响. 研究结果表明，对Cu,Ni金属，适当的退火温度能提高其与4H-SiC所形成的Schottky势垒高度，改善理想因子，但若退火温度过高，则会导致接触的整流特性退化.器件在退火前后，反向漏电流都较小. 热电子发射是其主要的输运机理. 所制备的金属半导体接触界面比较理想，无强烈费米能级钉扎     

4H-SiC结型势垒肖特基二极管的制作与特性研究

本文设计制作了两种具有不同结构参数的4H-SiC结型势垒肖特基二极管,在制作过程中采用了两种制作方法：一种是对正电极上的P型欧姆接触进行单独制作,然后制作肖特基接触的工艺过程;另一种是通用的通过一次肖特基接触制作就完成正电极制作的工艺过程。器件制作完成后,通过测试结果比较了采用场限环作为边界终端与未采用边界终端的器件的反向特性,结果显示采用场限环有效地提高了该器件的击穿电压,减小了其反向电流。另外,测试结果还显示采用独立制作P型欧姆接触的工艺过程有效提高了4H-SiC结型势垒肖特基二极管的反向特性,其中P型欧姆接触的制作过程和结果也在本文中做出了详细叙述。