基于陷阱的4H-SiC MESFET频散效应分析

在建立正确模型的基础上,运用ISE软件的二维仿真,模拟了4H-SiC MESFET在交流小信号条件下,表面陷阱和体陷阱对跨导和漏电导随频率变化的影响。分析了产生频散效应的原因以及内部机理,同时考虑了不同环境温度对跨导的频散影响。结果表明,在低频条件下,陷阱会导致跨导和漏电导频散,漏电压越大,环境温度越高,频散越不明显。     

新型4H-SiC 射频功率MESFET 大信号经验电容模型

基于4H-SiC 射频功率MESFET 器件的工作机理,提出了一种新型的大信号经验电容模型。针对此模型参数的提取采用最小二乘法和遗传算法,算法用MATLAB 语言实现,与传统算法相比,经验电容模型参数的初值估计和优化更为简单准确。提取的模型重要参数具有一定的物理意义,其他拟合参数值也具有物理量级。模型仿真结果和实测数据拟合度较好,从而验证了所提出的大信号经验电容模型的准确性。     

4H-SiC MESFET新结构的特性研究

提出了一种具有阶梯沟道和浮空金属板的新型4H-SiC MESFET结构。在双凹型4H-SiC MESFET的栅漏之间加入浮空金属板,并引入阶梯沟道,减少了靠近漏端的栅边缘的电场积聚,提高了击穿电压。对提出的结构进行二维数值模拟,结果表明,该结构的击穿电压达到232 V,相对于双凹型4H-SiC MESFET的击穿电压103 V,提高了125%,其饱和漏电流相对提高了4.1%,截止频率为15.1 GHz,最大振荡频率为69.2 GHz。该结构在击穿电压提高125%时,没有严重降低截止频率。     

4H-SiC MESFET的特性研究

对4H-SiC MESFET的特性研究发现,在室温下4H-SiC MESFET饱和漏电流的值为0.75A/mm,随着温度的上升,器件的饱和漏电流和跨导一直下降;栅长越短,沟道层掺杂浓度越高,饱和漏电流就越大.300K时器件的击穿电压为209V,计算出来的最大功率密度可达19.22W/mm.这些结果显示了4H-SiC在高温、高压、大功率器件应用中的优势.     

n沟道4H-SiC MESFET研究

报告了4H-SiCMESFET的研制。通过对SiC关键工艺技术进行研究,设计出初步可行的工艺流程,并且制成单栅宽120μmn沟道4H-SiCMESFET,其主要直流特性为在Vds=30V时,最大漏电流密度Idss为56mA/mm,最大跨导Gm为15mS/mm;漏源击穿电压最高达150V;微波特性测试结果在fo=1GHz、Vds=32V时该器件最大输出功率7.05mW,在fo=1.8GHz、Vds=32V时最大输出功率3.1mW。     

4H-SiC MESFET直流I-V特性解析模型

提出一种改进的4H-SiC MESFET非线性直流解析模型,该模型基于栅下电荷的二维分布进行分析,在分析电场相关迁移率、速度饱和的基础上,考虑沟道长度调制效应对饱和区漏电流的影响,建立基于物理的沟道长度调制效应模型,模拟结果与实测的I-V特性较为吻合。在器件设计初期,可以有效地预测器件的工作状态。     

4H-SiC MESFET频率特性研究

研究了4H-SiCMESFET的频率特性与器件几何及物理参数的关系。发现常温300K时,4H-SiCMESFET的截止频率随沟道掺杂浓度增加而上升;随沟道厚度的增加而降低;随栅长的增加而下降;随工作温度的增加变化很小,500K以上时略有降低。300K下,在沟道掺杂为4×1017cm-3、沟道厚度为0.25mm、栅长0.30mm、栅压偏置为-5V时,模拟得到的截止频率fT达到18.62GHz,显示该器件在高频、高温、大功率领域的极大优越性和应用前景。     

4H-SiC功率MESFET直流I-V特性解析模型

提出了一种改进的4H-SiC MESFET大信号直流解析模型。该模型基于栅极下面电荷的二维分布进行分析,在考虑电场相关迁移率、速度饱和及沟道内电荷堆积的基础上,计入沟道长度调制效应,建立基于物理的沟道长度调制效应模型。计算结果表明,计入沟道长度调制效应后的直流模型在饱和区与实测的I-V特性较为吻合。     

一种改进的4H-SiC MESFET大信号解析模型

提出了一种基于器件物理和结构参数并可直接应用于射频电路CAD工具的4H-SiC MESFET大信号解析模型.大信号模型基于4H-SiC MESFET的物理工作机理,源漏电流模型采用Materka的改进模型,沟道长度调制系数和饱和电压系数采用了栅源电压的一次函数建模;大信号电容模型采用电荷-电压(Q-V)的电容积分形式.该大信号模型已经应用在CAD工具中.模拟结果与实验结果符合良好,模型的有效性得到验证.     

4H-SiC MESFET的新型经验电容模型

基于器件工作机理,提出了一种新型的4H-SiC MESFET经验大信号电容模型。模型参数提取采用Lev-enberg-Marquardt优化算法,提取的模型主要参数具有一定物理意义。C-V特性的模型模拟结果与实验数据的比较表明两者符合良好。该模型还与CAD工具的通用电容模型进行了比较,结果表明新模型具有更高的精度。     

4H-SiC MESFET的反应离子刻蚀和牺牲氧化工艺研究

对于栅挖槽的4H-SiCMESFET,栅肖特基接触的界面经过反应离子刻蚀,界面特性对于肖特基特性和器件性能至关重要。反应离子刻蚀的SiC表面平滑度不是很好,刻蚀损伤严重。选择合适的RIE刻蚀条件减小刻蚀对半导体表面的损伤;利用牺牲氧化改善刻蚀后的表面形貌,进一步减小表面的刻蚀损伤。工艺优化后栅的肖特基特性有了明显改善,理想因子接近于1。制成的4H-SiCMESFET直流夹断特性良好,饱和电流密度达到350mAmm。     

4H-SiC射频功率MESFET大信号直流I-V特性解析模型

根据 4H - Si C高饱和电子漂移速度和常温下杂质不完全离化的特点 ,对适用于 Si和 Ga As MESFET的直流I- V特性理论进行了分析与修正 .采用高场下载流子速度饱和理论 ,以双曲正切函数作为表征 I- V特性的函数关系 ,建立了室温条件下 4H - Si C射频功率 MESFET直流 I- V特性的准解析模型 ,适于描述短沟道微波段 4H- Si CMESFET的大信号非线性特性 ,计算结果与实验数据有很好的一致性 .同时与 MEDICI模拟器的模拟结果也进行了比较 .     

基于改进陷阱模型的新型p型隔离层结合场板结构的4H-SiC MESFET的特性研究与优化

本文提出了一种致力于抑制表面陷阱影响的新型结构。基于能准确表征4H-SiC材料特性的物理模型和经过实验证明能较好表征表面陷阱作用机理的模型,对器件的特性进行了研究。通过与实际器件制作中主流采用的埋栅-场板结构的4H-SiC MESFET以及实验测试的器件特性的对比,本文提出的结构在整体上对器件的特性有所提高 。新结构引入的 p型隔离层能有效地抑制表面陷阱的影响并且能减小器件在大电压微波应用条件下的栅漏电容;P型隔离层结合场板结构改善了栅极边缘的电场分布,同时能减小单一使用场板结构时场板对沟道引入的附加栅漏电容; 作为微波晶体管,由于更好的抑制了表面陷阱,基于本文提出的结构的4H-SiC MESFET比埋栅-场板结构的器件具有更高的栅延迟抑制比;在实现大功率应用方面,新型结构同样能提供更高的耐压。新结构的4H-SiC MESFET的最大饱和漏电流密度为460mA/mm,在漏电压20V的栅延迟抑制比接近90%。交流特性的分析结果表明,本文提出的结构比埋栅-场板结构的器件的特征频率和最高振荡频率分别高出5%和17.8%。此外,新结构的器件能承受较高的击穿电压,进而保证了器件的大功率密度。针对本文提出的结构进行了优化,以使器件能发挥最好的微波特性并对器件的设计提供一定参考。     

基于实验与物理分析的4H-SiC射频功率MESFET大信号非线性精确电容模型

采用电荷控制理论和载流子速度饱和理论的物理分析方法,并结合Statz、Angelov等经验模型的描述方法,提出了常温下针对4H-SiC射频功率MESFET的大信号非线性电容模型.此模型在低漏源偏压区对栅源电容Cgs强非线性的描述优于Statz、Angelov等经验模型,计算量也远低于基于器件物理特性的数值模型,因而适合于大信号的电路设计与优化.     

Characteristics and optimization of 4H-SiC MESFET with a novel p-type spacer layer incorporated with a field-plate structure based on improved trap models

A novel structure of 4H-SiC MESFETs is proposed that focuses on surface trap suppression.Characteristics of the device have been investigated based on physical models for material properties and improved trap models.By comparing with the performance of the well-utilized buried-gate incorporated with a field-plate （BG-FP） structure,it is shown that the proposed structure improves device properties in comprehensive aspects. A p-type spacer layer introduced in the channel layer suppresses the surface trap effect and reduces the gate-drain capacitance(C_gd) under a large drain voltage.A p-type spacer layer incorporated with a field-plate improves the electric field distribution on the gate edge while the spacer layer induces less C_gd than a conventional FP.For microwave applications,4H-SiC MESFET for the proposed structure has a larger gate-lag ratio in the saturation region due to better surface trap isolation from the conductive channel.For high power applications,the proposed structure is able to endure higher operating voltage as well.The maximum saturation current density of 460 mA/mm is yielded.Also,the gate-lag ratio under a drain voltage of 20 V is close to 90%.In addition,5%and 17.8%improvements in f_T and f_max are obtained compared with a BG-FP MESFET in AC simulation,respectively.Parameters and dimensions of the proposed structure are optimized to make the best of the device for microwave applications and to provide a reference for device design.     

4H-SiC MESFET直流I-V特性解析模型

提出了一种改进的4H-SiC MESFET非线性直流解析模型,基于栅下电荷的二维分布,对该模型进行了分析,采用多参数迁移率模型描述速场关系.在分析了电流速度饱和的基础上,考虑沟道长度调制效应对饱和区漏电流的影响,建立了基于物理的沟道长度调制效应模型,模拟结果符合高场下漏极的MC(蒙特卡罗)计算的结果.与以前的研究模型相比较,结果说明了该研究的有效性,饱和电流的结果与实测的Ⅰ-Ⅴ特性更加吻合.     

Advanced SPICE-Modeling of 4H-SiC MESFETs

A modified drain source current suitable for simulation program with integrated circuit emphasis （SPICE） simulations of SiC MESFETS is presented in this paper. Accurate modeling of SiC MESFET is achieved by introducing three parameters in Triquint＇s own model （TOM）. The model, which is single piece and continuously differentiable, is verified by measured direct current （DC） I-V curves and scattering parameters （up to 20 GHz）.     

一种用于非线性分析的新型4H-SiC MESFET大信号经验模型

提出了一种简洁的新型4H-SiCMESFET经验大信号模型.在Materka漏电流模型基础上,改进了沟道调制因子和饱和电压系数的建模方式,电容模型采用了改进的电荷守恒模型.参数的提取和优化采用了Levenberg-Marquardt优化方法.在偏置点VDS=20V,IDS=80mA和工作频率1.8GHz下,模型直流电流-电压扫描曲线、输出功率、功率附加效率和增益的模拟结果与实验数据符合良好.     

一种用于非线性分析的新型4H-SiC MESFET大信号经验模型

提出了一种简洁的新型4H-SiCMESFET经验大信号模型.在Materka漏电流模型基础上,改进了沟道调制因子和饱和电压系数的建模方式,电容模型采用了改进的电荷守恒模型.参数的提取和优化采用了Levenberg-Marquardt优化方法.在偏置点VDS=20V,IDS=80mA和工作频率1.8GHz下,模型直流电流-电压扫描曲线、输出功率、功率附加效率和增益的模拟结果与实验数据符合良好.     

High-k dielectrics based field plate edge termination engineering in 4H-SiC Schottky diode

This paper develops a deep insight into the behaviour of high-k dielectric-based field plate on Ni/4H-SiC Schottky diode. It tries to explain the mechanism by which high-k materials outperform silicon dioxide, when used under the field plate. Phenomena like modulation of field enhancement factor, reshaping of equipotential contours and expansion of depletion region while maintaining fixed depletion ratio (length/width = 2.3) helps to understand the electrical behaviour of high-k dielectric-based field plate. High-k materials relaxed the equipotential contours under the field plate edge which resulted in electric field reduction up to 88% and significant drop from 6.6 to 2.2 in field enhancement factor at device edges. The study considers the field plate of different dielectrics (SiO₂, Si₃N₄, Al₂0₃, HfO₂) and in each case, analytically explores the optimisation of field plate parameters (overlap length and dielectric thickness, dielectric constant). All the investigations have been done using numerical simulations on calibrated setup.