本文關鍵詞：SiC功率二極管的結構與電特性分析研究

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【摘要】：隨著半導體技術的發(fā)展以及集成電路制造工藝的進步,人們對功率半導體器件提出了新的要求,即低正向壓降、低反向恢復時間、低功耗、高頻、高溫等。然而硅材料作為目前半導體器件的廣泛使用材料,對其的開發(fā)研究已達到硅物理特性的極限,因此對寬禁帶半導體器件的研究成為必然趨勢。碳化硅(SiC)作為新一代半導體材料,具有禁帶寬度大、臨界擊穿電場強、熱導率高、高溫穩(wěn)定性好等特點,是電力電子器件的研究重點。碳化硅肖特基二極管(SiC SBD)具有零反向恢復、開關速度快、功耗低的優(yōu)點；碳化硅PiN二極管具有反向漏電流低、反向擊穿電壓高的特點。本論文主要結合SiC SBD與SiC PiN二極管的優(yōu)點,設計了碳化硅結勢壘肖特基二極管(SiCJBS)的結構,并對其電學特性進行了研究與分析。主要內容如下：一、SiC JBS二極管的基本工作原理及其相應的元胞結構。研究了SiC JBS二極管的正向導通以及反向阻斷機理。器件的反向擊穿電壓(VB)的影響因子,比如外延層的厚度、臨界擊穿電場強度等。器件的正向導通電阻的組成分析,包括溝道電阻、擴散電阻、漂移區(qū)電阻、襯底電阻、接觸電阻等。二、對SiC JBS二極管的結構進行設計、優(yōu)化以及參數(shù)分析,設計出反向耐壓為3300V的SiC JBS二極管的結構。研究相鄰P+區(qū)的不同間隔S對二極管器件的電學特性的影響,分析器件的正向I-V特性曲線、反向漏電流等,得出間隔S越大,反向漏電流越大,對器件反向特性不利。研究P+區(qū)的不同寬度W對二極管特性的影響,分析器件的I-V特性曲線等,得出寬度W影響著器件的正向導通電阻Ron,為獲得最優(yōu)的二極管正向特性,選取2.6μm為P+區(qū)的最佳寬度值。研究P+區(qū)的摻雜濃度對二極管器件的電特性的影響,分析器件的正向I-V特性曲線、反向阻斷特性等,得出P+區(qū)的摻雜濃度對導通電阻Ron有直接影響,但對反向擊穿電壓沒有直接關系,這與我們之前的理論公式分析相吻合。并獲取最優(yōu)化P+區(qū)摻雜濃度5×1018cm-3。研究了JBS器件外延層的摻雜濃度、厚度t對器件的反向擊穿電壓的影響等。
【關鍵詞】：SiC 導通電阻 擊穿電壓 肖特基二極管 結勢壘肖特基二極管
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN313.4
【目錄】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 研究背景11-15
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.1 國際上研究發(fā)展15-16
• 1.2.2 國內研究狀態(tài)16-17
• 1.3 研究意義及主要內容17-19
• 第二章 SiC功率二極管基本理論基礎19-29
• 2.1 SiC材料的基本特性19-20
• 2.2 SiC功率二極管的基本原理20-29
• 2.2.1 SiC SBD的結構及工作原理20-26
• 2.2.2 SiC PiN二極管的結構及工作原理26-27
• 2.2.3 SiC JBS的結構及工作原理27-29
• 第三章 SiC JBS器件結構設計29-43
• 3.1 Silvaco仿真模型29-33
• 3.2 正向導通特性33-39
• 3.3 反向阻斷特性39-43
• 第四章 SiC JBS器件特性分析43-57
• 4.1 P~+區(qū)對器件特性的影響43-54
• 4.1.1 相鄰P~+區(qū)的間距S對器件特性的影響43-48
• 4.1.2 P~+區(qū)的寬度W對器件電特性的影響48-51
• 4.1.3 P~+區(qū)的摻雜濃度對器件電特性的影響51-54
• 4.2 外延層對器件電特性的影響54-57
• 第五章 總結與展望57-59
• 5.1 總結57-58
• 5.2 展望58-59
• 參考文獻59-63
• 致謝63-65
• 攻讀碩士期間科研成果65-66
• 附件66

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本文編號：525624