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4H-SiC结势垒肖特基二极管静态特性研究

作　者: 苗志坤
导　师: 王颖
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 电路与系统
关键词: 结势垒肖特基二极管 正向导通压降 击穿电压 反向漏电流
分类号: TN311.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


碳化硅（SiC）以其优越的性能成为制作高频、抗辐照、耐高温、功耗小及大功率电子器件的理想半导体材料。结势垒肖特基二极管（JBS）结合了肖特基二极管的快速开关特性和PiN二极管的耐高压低泄漏电流特性。SiC材料的优异性能和JBS结构的优势相结合是当今功率二极管发展的趋势，在高频功率电源、航天功率系统、核能探测和通信系统等领域有广阔的应用前景。本文主要利用二维器件模拟软件ATLAS开展高压4H-SiC JBS器件结构设计及性能仿真技术研究。通过对4H-SiC结势垒肖特基二极管的正向特性和反向阻断特性进行研究分析，以降低器件的反向漏电流和提高器件的反向耐压能力为主要研究目标，采用结构参数优化，有源区结构的优化以达到改善漂移区电场分布等方法，在未损耗正向导通压降的前提下，尽量提高器件的反向耐压能力，降低器件的漏电功耗。由于高电场强度下肖特基势垒的降低效应限制了器件在耐高压方向的发展，因此如何改善漂移区的电场分布减小肖特基势垒的降低效应成为器件设计的关键。本文首先研究了两种沟槽底部具有氧化物间隔的结势垒肖特基二极管（TSOB-JBS）和TSOB的有源区生成一层氧化物间隔来优化漂移区电场分布的结构（OI-TSOB-JBS），通过理论计算设计、仿真、优化得到的OI-TSOB结构在提高器件的反向阻断特性方面比TSOB结构有了较为明显的改善。接着研究了有源区的掺杂浓度具有梯度分布P-gradient的结势垒肖特基二极管（PIMP-JBS，PTBP-JBS），在保持PIMP和PTBP结构参数与普通JBS结构不变以及减小器件工艺复杂度的前提下，通过改善P-gradient的深度和浓度得到击穿电压超过1.6kV的JBS结构，而普通JBS结构的击穿电压仅为885V，反向漏电流也有了大幅度的降低。此外，对TSOB-JBS，OI-TSOB-JBS，PIMP-JBS以及PTBP-JBS四种结构进行了可行性的工艺流程。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 宽禁带半导体材料的优势  10-11
  1.2 功率半导体器件分类  11-12
  1.3 4H-SiC JBS 器件的研究意义及研究现状  12-16
  1.4 本文章节安排  16-18
第2章 4H-SiC 结势垒肖特基二极管  18-30
  2.1 肖特基二极管  18-24
    2.1.1 肖特基接触  18-20
    2.1.2 肖特基势垒中载流子的输运机理  20-21
    2.1.3 肖特基二极管的理论与分析  21-24
  2.2 4H-SiC JBS 器件的结构与工作原理  24-25
  2.3 4H-SiC JBS 二极管的电参数特性  25-28
    2.3.1 正向导通特性  26-27
    2.3.2 反向截止特性  27
    2.3.3 输出电容  27-28
  2.4 二次击穿  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章 4H-SiC TSOB 结势垒肖特基二极管特性研究  30-46
  3.1 4H-SiC TSOB 器件结构  30-31
  3.2 4H-SiC TSOB 器件结构优化  31-39
    3.2.1 沟槽深度 X1 的变化对器件特性的影响  31-33
    3.2.2 有源区浓度 Nd1 的变化对器件特性的影响  33-35
    3.2.3 N-外延层浓度 Nd2 的变化对器件特性的影响  35-37
    3.2.4 N-外延层厚度 D 的变化对器件特性的影响  37-39
  3.3 4H-SiC TSOB 与 4H-SiC OI-TSOB 器件的特性比较  39-43
    3.3.1 正向导通特性  40-41
    3.3.2 反向截止特性  41-42
    3.3.3 输出电容  42-43
  3.4 4H-SiC TSOB 和 4H-SiC OI-TSOB 器件结构的工艺流程  43-45
  3.5 本章小结  45-46
第4章 具有 P-gradient 结构的 4H-SiC JBS 器件特性研究  46-58
  4.1 PIMP-JBS 和 PTBP-JBS 器件的结构与工作原理  46-47
  4.2 PIMP-JBS 和 PTBP-JBS 器件的结构优化  47-50
  4.3 PIMP-JBS 和 PTBP-JBS 与普通 JBS 的特性比较  50-55
    4.3.1 正向导通特性  50-52
    4.3.2 反向截止特性  52-54
    4.3.3 输出电容  54-55
  4.4 4H-SiC 结势垒控制肖特基二极管的工艺流程  55-57
  4.5 本章小结  57-58
结论  58-60
参考文献  60-65
攻读学位期间发表的学术论文  65-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 半导体二极管 > 二极管：按工艺分 > 热载流子二极管
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