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。     

对拥有结终端保护的高压4H-SiC PIN二极管的研究

在对4H-SiC高压PIN二极管进行了理论分析的基础上,利用仿真软件ISE10.0对具有结终端保护的高压4H-SiC PIN二极管耐压特性进行了模拟仿真计算,并取得了很多有价值的计算结果。利用平面制造工艺,结合仿真提取的参数,试制了高压4H-SiC PIN二极管。实验测试结果表明,仿真计算的结果与实际样品测试的数据一致性较好,实测此器件击穿电压值已达到1 650V。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

台面结终端高压4H-SiC BJTs的击穿特性研究

根据雪崩碰撞理论,本文对具有台面结构的4H-SiC BJTs中所使用的单区和多区结终端结构参数对击穿电压的影响进行了分析和计算。计算结果表明,在单区结终端结构中,通过精确控制有源JTE的掺杂浓度和离子注入深度可以有效提高台面BJTs器件的击穿电压,而多区结终端结构可以在保持击穿电压不变的前提下降低峰值表面电场。同时文中还对正负表面态或界面态对击穿电压的影响做了详细的计算分析。这些结果对于优化台面功率器件的高压特性有着重要的现实意义。     

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．