本文關鍵詞： 碳化硅 PiN二極管 制造工藝 載流子壽命　出處：《電子科技大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：第三代半導體中的碳化硅(Silicon Carbide,SiC)材料,以擁有許多獨特而優(yōu)越的物理特性,諸如寬禁帶,高熱導率,高臨界擊穿電場,高電子漂移速度等而備受關注。在功率半導體器件領域,隨著Si基器件技術的完備,取得新突破變得比較困難,SiC基器件相比Si基器件有著更高的耐壓,更高功率密度,更快的開關速度等優(yōu)勢,擁有更寬廣的應用前景和研究價值。國內(nèi)的SiC功率器件研究起步較晚,研究水平落后于國際先進水平。本文以高壓4H-SiC PiN二極管為研究對象,對其結構進行了設計和優(yōu)化,并結合國內(nèi)工藝試驗條件,進行流片實驗和測試分析,旨在為國內(nèi)高壓4H-SiC PiN二極管的研究提供參考,研究的主要內(nèi)容分為三部分。首先,通過Silvaco半導體數(shù)值仿真軟件,設計優(yōu)化了4500V高壓SiC PiN二極管結構。其中,元胞漂移區(qū)厚度為40μm,擊穿電壓為5600V,正向電流密度為100A/cm~2時的開啟電壓為3.5V。器件終端采用臺面結終端拓展(Junction Termination Extension,JTE)型結終端結構,終端效率為96%。通過仿真研究了高壓SiC PiN二極管的反向恢復特性。針對SiC PiN二極管的電導調制問題,研究了SiC材料中深能級對載流子壽命的影響,并通過仿真驗證了不同載流子壽命下SiC PiN二極管的正向導通特性變化。其次,開展了高壓SiC PiN二極管的關鍵制造工藝技術研究,優(yōu)化開發(fā)出:高質量、低損傷、無微溝槽的SiC臺面ICP刻蝕工藝技術,以及低比接觸電阻率的P型和N型SiC材料的金屬-半導體歐姆接觸工藝技術。通過關鍵制造工藝技術的研發(fā),獲得了角度31~49°,高度為2μm的Si C臺面結果和比接觸電阻率為1e-6Ω·cm~2的N型歐姆接觸,5e-5Ω·cm~2的P型的歐姆接觸結果。最后,制定了高壓SiC PiN二極管的工藝流程,進行了高壓SiC PiN二極管的流片實驗研制,并對實驗樣品進行了測試與分析。測試結果表明:SiC PiN二極管的正向導通壓降約為3.4V@100A/cm~2,正向導通電壓4V時正向導通電流11A,反向擊穿電壓大于4700V。
[Abstract]:The third generation of semiconductor silicon carbide (Silicon Carbide, SiC) materials, to have many unique and superior physical properties, such as wide band gap, high thermal conductivity, high breakdown field, high electron drift velocity is attracting more and more attention. In the field of power semiconductor devices, devices with Si based technology breakthroughs become complete, more difficult, SiC based devices compared to Si based devices have a higher voltage, higher power density, faster switching speed and other advantages, has broad application prospect and the research value. The research started relatively late in China SiC power devices, research lags behind the international advanced level. Based on the 4H-SiC PiN high voltage diode the object of study, has carried on the structure design and optimization, and combining the domestic technology test conditions, carried out experiments and analysis, to provide reference for the research of domestic high voltage 4H-SiC PiN diode, research The main content is divided into three parts. First, through the Silvaco numerical simulation software to optimize the design of semiconductor, 4500V high voltage SiC PiN diode structure. The thickness of the cellular drift region is 40 m, the breakdown voltage is 5600V, current density of 100A/cm~2 positive turn-on voltage is 3.5V. when the device terminal node terminal expansion (using the table Junction Termination Extension, JTE) junction termination structure, terminal efficiency for 96%. high voltage SiC PiN diode reverse recovery characteristics is studied through simulation. Aiming at the problem of SiC conductivity modulation of PiN diode, the effect of SiC material of deep level on carrier lifetime, and verified by simulation under different positive conduction carrier lifetime PiN diode SiC through the characteristic change. Secondly, the key of high voltage SiC PiN diode manufacturing technology research, optimization development: high quality, low damage, SiC ICP micro groove of the table Etching technology, and is lower than that of the P type and N type SiC material contact resistance of metal semiconductor ohmic contact technology. Through the development of key manufacturing technology, the 31~49 angle, the height is Si C 2 m and the surface contact resistivity of 1e-6. Cm~2 and N type ohmic contact the results of P, ohmic contact type 5e-5. Cm~2. Finally, we design the process of high voltage SiC PiN diode, developed high voltage SiC PiN diode chip experiment, and the experimental samples were tested and analyzed. The test results show that the SiC PiN diode forward voltage drop of about 3.4V@100A/cm~2, the positive guide through the forward conduction voltage 4V current 11A, the reverse breakdown voltage is higher than 4700V.

【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN303

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本文編號：1529083