4H-SiC浮动结SBD的三维模拟研究

摘要

碳化硅(SiC)材料以其显著的优势成为下一代高功率器件材料的首选。碳化硅浮动结肖特基二极管(FJ-SBD)器件相比于传统SBD器件,通过在漂移区引入P型掺杂的浮动结,有效提高了SBD器件的功率优值,具有广阔的应用前景。为了改善4H-SiC FJ-SBD的导通电阻和击穿电压之间的矛盾,本文提出一种具有三维浮动结的碳化硅SBD器件,利用ISE-TCAD软件三维模拟并研究其正反向特性。主要工作如下:
　　建立了三维浮动结SBD器件仿真的单胞结构,对比得到二维条状与三维块状浮动结器件的正反向特性,反向击穿电压分别为1622V和1611V,正向导通电阻从5.63mΩ·cm2降低为4.90mΩ·cm2。三维块状浮动结结构的SBD比二维浮动结器件功率优值 BFOM因子提高了16.5％。
　　对比了不同浮动结形状、排布的SiC SBD器件的正反向特性,结果表明带有圆柱形浮岛结构的4H-SiC SBD相比于其它浮岛形状器件有更低的导通电阻,相比二维条纹状浮岛器件减小了20%。改变浮动结的排列方式为交错型,可以在反向击穿电压不变的情况下使其正向导通电阻比对齐排布浮岛器件减小了13.7%,相比条纹状减小了24.9%。交错排布浮动结结构的4H-SiC SBD具有更高的功率优值。
　　本文对4H-SiC SBD器件的三维模拟表明,三维浮岛结构能够改善4H-SiC FJ-SBD器件的导通电阻和击穿电压之间的权衡问题,对将来SiC SBD的设计研制具有一定的指导意义。

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第一章 绪论

1.1 SiC 肖特基二极管的研究意义和发展现状

1.2 SiC FJ-SBD 二极管的研究现状

1.3 本文的主要工作

第二章 SiC FJ-SBD 的二维仿真及三维模拟简介

2.1 SiC FJ-SBD 二极管的工作原理

2.2 SiC FJ-SBD 的二维模拟研究

2.3 三维仿真模拟工具

2.3.1 SDE 器件结构编辑工具

2.3.2 器件模型和材料参数的选取

2.4 本章小结

第三章 三维浮动结 SBD 器件的设计

3.1 三维浮动结 SBD 器件的结构及参数

3.2 三维浮动结 SBD 器件的特性模拟

3.2.1 三维浮动结 SBD 器件的击穿特性模拟

3.2.2 三维浮动结 SBD 器件的正向特性模拟

3.2.3 结果分析与讨论

3.3 本章小结

第四章 SiC FJ-SBD 器件的浮动结形状与排布设计

4.1 不同的 SBD 器件的浮动结形状比较

4.1.1 不同浮动结形状的 SiC SBD 器件的反向击穿电压比较

4.1.2 不同浮动结形状的 SiC SBD 器件的正向导通电阻比较与分析

4.2 不同 SiC SBD 浮动结排布的比较

4.2.1 不同浮动结排布的 SiC SBD 器件比较

4.2.2 k 值一定时不同浮动结排布 SiC SBD 器件的比较与分析

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

研究成果