耗尽型4H-SiC埋沟MOSFET器件解析模型研究

建立了基于漂移扩散理论的4H-SiC埋沟MOSFET器件的物理解析模型。SiC/SiO_2界面处的界面态密度及各种散射机制都会导致器件载流子迁移率的下降,采用平均迁移率模型,分析散射机制对载流子迁移率的影响,讨论了界面态对阈值电压的影响。考虑到器件处在不同工作模式下,沟道电容会随栅压的变化而改变,采用了平均电容概念。器件仿真结果表明:界面态的存在导致漏极电流减小;采用平均迁移率模型得到的计算结果与实验测试结果较为一致。     

SiC JFET与SiC MOSFET失效模型及其短路特性对比

建立了两种碳化硅（SiC）器件JFET和MOSFET的失效模型.失效模型是在传统的电路模型的基础上引入了额外附加的泄漏电流,其中,SiC JFET是在漏源极引入了泄漏电流,SiC MOSFET是在漏源极和栅极引入了泄漏电流;同时,为了体现温度和电场强度与失效的关系,用与温度和电场强度相关的沟道载流子迁移率代替了传统电路模型所采用的常数迁移率.有关文献的实验结果和半导体器件的计算机模拟（Technology Computer Aided Design,TCAD）验证了两种SiC器件失效模型的准确性.所建立的失效模型能够对比SiC JFET和SiC MOSFET的短路特性.     

SiO2/4H-SiC界面氮化退火

通过1 300℃高温干氧热氧化法在n型4H-SiC外延片上生长了厚度为60 nm的SiO2栅氧化层.为了开发适合于生长低界面态密度和高沟道载流子迁移率的SiC MOSFET器件产品的栅极氧化层退火条件,研究了不同退火条件下的SiO2/SiC界面电学特性参数.制作了MOS电容和横向MOSFET器件,通过表征SiO2栅氧化层C-V特性和MOSFET器件I-V特性,提取平带电压、C-V磁滞电压、SiO2/SiC界面态密度和载流子沟道迁移率等电学参数.实验结果表明,干氧氧化形成SiO2栅氧化层后,在1 300℃通入N2退火30 min,随后在相同温度下进行NO退火120 min,为最佳栅极氧化层退火条件,此时,SiO2/SiC界面态密度能够降低至2.07×1012 cm-2·eV-1@0.2 eV,SiC MOSFET沟道载流子迁移率达到17 cm2·V-1·s-1.     

SiO_2/SiC界面对4H-SiC n-MOSFET反型沟道电子迁移率的影响

提出了一种基于器件物理的4 H- Si C n- MOSFET反型沟道电子迁移率模型.该模型包括了界面态、晶格、杂质以及表面粗糙等散射机制的影响,其中界面态散射机制考虑了载流子的屏蔽效应.利用此模型,研究了界面态、表面粗糙度等因素对迁移率的影响,模拟结果表明界面态和表面粗糙度是影响沟道电子迁移率的主要因素.其中,界面态密度决定了沟道电子迁移率的最大值,而表面粗糙散射则制约着高场下的电子迁移率.该模型能较好地应用于器件模拟.     

SiC-MOS界面优化的工艺验证及MOSFET电学特性仿真拟合

SiC因其优越的电学特性,已发展成为高压功率器件领域的翘楚。然而,SiC与SiO₂界面存在高密度界面态,使得SiC MOSFET沟道迁移率远低于SiC材料本身的体迁移率,大大约束了SiC材料本身电学性能的发挥。为改善反型层沟道迁移率,不同功率器件厂商采用了不同的栅极氧化工艺,所实现的栅极氧化层界面态密度各有不同,现有的功率器件仿真软件提供的多种界面态能级分布模型都需要芯片厂商实际的流片数据作为支撑,这对功率器件上游设计人员产生了阻碍。基于此,文章通过流片测试数据,结合TCAD仿真软件给出了一种用于SiC MOSFET器件仿真的界面态能级分布模型。利用给出的界面态能级分布模型,与实际产品对比,仿真得出的I-V曲线与测试曲线基本重合。     

基于Matlab/Simulink的SiC MOSFET建模与分析

针对现阶段SiC MOSFET建模研究无法应用在电机控制系统领域的现状,提出了一种基于Matlab/Simulink的SiC MOSFET仿真电路模型。对功率器件的动态特性和静态特性进行综合分析,采用非分段受控电流源模型模拟功率器件静态特性,具体分析SiC MOSFET的开关过程,同时采用曲线拟合的方法对影响器件开关过程的非线性电容进行表征,在Matlab/Simulink中建立SiC MOSFET等效电路模型。为了验证模型准确性,将仿真结果与数据手册中的数据进行比较分析,仿真结果表明所建模型可以较为准确地描述SiC MOSFET动、静态特性,开通时间和关断时间误差均小于7%,对比结果验证了模型的准确性和有效性。建立的模型为SiC MOSFET在电机控制策略仿真及应用领域提供了参考依据。     

SiO2/SiC界面对4H-SiC n-MOSFET反型沟道电子迁移率的影响

提出了一种基于器件物理的4H-SiC n-MOSFET反型沟道电子迁移率模型.该模型包括了界面态、晶格、杂质以及表面粗糙等散射机制的影响,其中界面态散射机制考虑了载流子的屏蔽效应.利用此模型,研究了界面态、表面粗糙度等因素对迁移率的影响,模拟结果表明界面态和表面粗糙度是影响沟道电子迁移率的主要因素.其中,界面态密度决定了沟道电子迁移率的最大值,而表面粗糙散射则制约着高场下的电子迁移率.该模型能较好地应用于器件模拟.     

氮离子注入提高4H-SiC n-MOSFET沟道迁移率的分析（英文）

氮离子注入提高4H-SiC MOSFET的沟道迁移率来自两方面的原因:一是减小了界面态密度,另一个是反掺杂。本文详细研究了这两方面的原因。结果表明,当氮的反掺杂浓度和P型衬底的掺杂浓度可以相比较的时候,氮离子注入提高4H-SiC MOSFET的迁移率来自于界面态密度的减小;随着反掺杂浓度的增加,反掺杂在氮离子注入提高沟道迁移率的贡献越来越多,同时,在这种情况下,限制沟道迁移率的机制是表面粗糙度散射。     

GaN n-MOSFET反型沟道电子迁移率模型

在器件物理的基础上,提出了一种半经验的GaN n-MOSFET反型沟道电子迁移率模型.该模型考虑了位错、界面态、光学声子、离化杂质、表面粗糙、声学声子,以及高场对迁移率的影响.模拟结果表明,界面态和位错是影响沟道迁移率的主要因素,尤其是界面态,它决定了迁移率的最大值,而位错密度的增加使迁移率减小.此外,表面粗糙散射和高场散射主要影响高场下载流子迁移率.由此可见,GaN n-MOSFET沟道迁移率的提高依赖于晶体质量和界面质量的提高.     

用于直流变换器的SiC MOSFET驱动电路设计

碳化硅器件的优点不仅能提高电力电子装置功率密度,而且使设备体积小型化。文中设计了一种用于直流变换器的SiC MOSFET驱动电路,通过双脉冲电路对SiC MOSFET的动态特性进行测试,验证不同驱动电阻、不同频率对碳化硅功率器件特性的影响。在直流变换器中使用电压等级相同的SiC MOSFET和Si IGBT,对比开通和关断时间,将不同占空比对应的输出电压进行比较。利用PSpice软件仿真,结果显示驱动电路设计合理,验证了SiC MOSFET具有开关速度快、开关损耗小、驱动电阻小、工作频率高等优点,比Si IGBT控制的直流变换器输出电压误差小。     

SiC JBS二极管和SiC MOSFET的空间辐照效应及机理

基于第六代650 V碳化硅结型肖特基二极管(SiC JBS Diode)和第三代900 V碳化硅场效应晶体管(SiC MOSFET),开展SiC功率器件的单粒子效应、总剂量效应和位移损伤效应研究。20～80 MeV质子单粒子效应实验中,SiC功率器件发生单粒子烧毁(SEB)时伴随着波浪形脉冲电流的产生,辐照后SEB器件的击穿特性完全丧失。SiC功率器件发生SEB时的累积质子注量随偏置电压的增大而减小。利用计算机辅助设计工具(TCAD)开展SiC MOSFET的单粒子效应仿真,结果表明,重离子从源极入射器件时,具有更短的SEB发生时间和更低的SEB阈值电压。栅-源拐角和衬底-外延层交界处为SiC MOSFET的SEB敏感区域,强电场强度和高电流密度的同时存在导致敏感区域产生过高的晶格温度。SiC MOSFET在栅压偏置(U_GS=3 V,U_DS=0 V)下开展钴源总剂量效应实验,相比于漏压偏置(U_GS=0 V,U_DS=300 V)和零压偏置(U_GS=U_DS=0...     

ICP etching of SiC

A number of different plasma chemistries, including NF₃/O₂, SF₆/O₂, SF₆/Ar, ICl, IBr, Cl₂/Ar, BCl₃/Ar and CH₄/H₂/Ar, have been investigated for dry etching of 6H and 3C–SiC in an inductively coupled plasma tool. Rates above 2000 Å cm⁻¹ are found with fluorine-based chemistries at high ion currents. Surprisingly, Cl₂-based etching does not provide high rates, even though the potential etch products (SiCl₄ and CCl₄) are volatile. Photoresist masks have poor selectivity over SiC in F₂-based plasmas under normal conditions, and ITO or Ni is preferred.     

SiC in Sweden

The last few years have seen a large co-ordinated research effort within the field of silicon carbide (SiC) in Sweden. The effort involves companies of different sizes, universities and governmental research funding agencies. Among the results that have come out of the programme, one could mention a 4.5 kV rectifier with excellent properties in forward and reverse direction.     

Thickness determination of low doped SiC epi-films on highly doped SiC substrates

The room temperature infrared reflectance of low doped SiC epi-films, both 4H and 6H polytypes, deposited by chemical vapor deposition on highly doped SiC substrates has been measured. The epi-film doping levels are in the 10¹⁵ cm⁻³ range while the substrate doping levels are in the 10¹⁸ to 10¹⁹ cm⁻³ range. Interference fringes from the epi-films are often observed in the frequency region below the reststrahl band in SiC (200–600 cm⁻¹) and they can be used to determine the thickness of these epi-films. The fringes arise due to the difference in free carrier concentration between the epi-film and substrate which causes differences in their frequency dependent dielectric functions. The epi-film thickness determinations were made by comparison of the measured infrared reflectance spectra to calculated spectra based on a frequency dependent dielectric function modeled with Lorentz oscillators using only bulk input parameters. The effects of film and substrate anisotropy and off normal incidence are included in the calculation.     

SiC junction-controlled transistors

The significant progress made over the past few years placed Silicon Carbide (SiC) power devices in a position to competitively challenge the existing standard Si solutions. This paper reviews the current trends regarding SiC junction-controlled devices and discusses the different approaches one may decide on when considering SiC junction field effect transistors (JFETs) for high power, high temperature applications.     

SiC化学机械抛光技术的研究进展

介绍了半导体材料SiC抛光技术的发展及直接影响器件成品率的衬底材料几何参数和表面质量因素.讨论了SiC化学机械抛光方法(CMP),包括磨削、粗抛和精抛三个过程,其中粗抛又分重压和轻压两个过程,通过这种方法能够制造出平整度好,表面低损伤的SiC晶片的抛光片,切割线痕通过磨削和抛光可以有效地去除,最终达到表面粗糙度小于1 nm.分析了CMP的原理和相关工艺参数对抛光的影响,指出了其发展前景.     

PECVD SiC材料刻蚀技术

通过对PECVD SiC进行不同条件下的反应离子刻蚀（RIE）和电感耦合反应离子刻蚀（ICP）实验研究，提出了使用SF6和He的混合气体进行RIE刻蚀，并讨论了功率和压强分别对刻蚀速率的影响. 进一步研究了SiC中H含量对于RIE刻蚀速率的影响，同时验证ICP刻蚀过程中负载效应的存在.     

PECVD SiC材料刻蚀技术

通过对PECVD SiC进行不同条件下的反应离子刻蚀(RIE)和电感耦合反应离子刻蚀(ICP)实验研究,提出了使用SF6和He的混合气体进行RIE刻蚀,并讨论了功率和压强分别对刻蚀速率的影响.进一步研究了SiC中H含量对于RIE刻蚀速率的影响,同时验证ICP刻蚀过程中负载效应的存在.     

PECVD SiC材料刻蚀技术

通过对PECVD SiC进行不同条件下的反应离子刻蚀(RIE)和电感耦合反应离子刻蚀(ICP)实验研究,提出了使用SF6和He的混合气体进行RIE刻蚀,并讨论了功率和压强分别对刻蚀速率的影响.进一步研究了SiC中H含量对于RIE刻蚀速率的影响,同时验证ICP刻蚀过程中负载效应的存在.