碳化硅二极管性能分析模拟研究

摘要

随着微电子技术的发展，传统的半导体材料（Si）已经无法满足高性能半导体器件的技术要求。由此推动宽禁带半导体材料和电子电力器件的发展，然而目前对碳化硅（SiC）pn结二极管的研究普遍在其高温、耐压的特性上，缺乏多种SiC同素异构体二极管之间的、和常规材料Si二极管对比的，以及可供实际应用的参考数据的研究和分析。
　　本文以4H-SiC半导体材料为例建立p+n-n+结构二极管的仿真模型，选取了3C-SiC、6H-SiC、4H-SiC三种同素异构体的pn结二极管，以及Si pn结二极管进行模拟研究，通过对比分析和参数提取，研究碳化硅器件的优越性能。研究表明，SiC的宽禁带特性使其 pn结型二极管正向特性在常温下的电流范围为10-14A~10-2A，而达到高温700K时，电流范围为10-6A~10-3A，理想因子n范围始终在1~2之间。而Si二极管工作在温度达到550K时，扩散区电流范围仅为10-3A~10-1A，二极管特性已消失。4H-SiC pn结二极管的反向击穿电压受衬底厚度影响，600K下反向击穿电压可以达到700V，反向漏电流达到1.2×10-11A/cm2。由此可知，SiC半导体材料器件具有优越的性能，研究所得参数对选取碳化硅二极管适用扩散区范围有重要意义。

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第一章 绪论

1.1 本文的背景

1.2 国内外研究进展

1.3 主要内容

第二章 不同结构碳化硅二极管的正向模拟

2.1 碳化硅材料的结构和性质

2.1.1 碳化硅晶体结构

2.1.2 碳化硅能带结构

2.1.3 碳化硅杂质分布

2.2 不同晶体结构二极管的模拟研究

2.2.1 正向工作区仿真

2.2.2 高温条件下仿真

2.3 本章小结

第三章 4H-SiC二极管的参数提取

3.1 仿真模型的建立

3.1.1 载流子迁移率

3.1.2 载流子产生-复合

3.1.3 碰撞离化模型

3.2 4H-SiC pn结二极管的模拟

3.2.1 4H-SiC二极管高温特性

3.2.2 4H-SiC二极管理想因子

3.2.3 4H-SiC二极管反向特性

3.2.4 击穿电压的影响因素

3.3 Si和SiC二极管对比分析

3.3.1 Si和SiC二极管I-V特性

3.3.2 电流随温度变化趋势

3.3.3 扩散区电流范围对比

3.4 本章小结

第四章 SiC二极管的仿真软件开发

4.1 C#使用原理

4.2 C#使用方法研究

4.2.1 窗体工作原理

4.2.2 窗体控件设置

4.3 仿真数据窗体实现

4.4 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢