一种具有L型栅和部分p型隔离层的4H-SiC MESFET

摘要

由于优越的性能和相对成熟的器件制造工艺，SiC MESFET被认为是下一代大功率，高频，高效，甚至是在极端恶劣环境下的小型射频和微波(RF和MW)电路应用的理想器件。尽管理论上SiC MESFETs有很好的DC和RF功率表现，但是在实际中它们在高频和大功率应用方面的优势并没有发挥出来。在进一步提高漏极电流和击穿电压时，它们之间就会有个制约的关系，功率密度的进一步提高是有限的。同样在器件的频率特性和功率特性之间也存在矛盾。
　　 本文为了解决功率和小信号特性之间的不平衡，同时也为了进一步提高DC，RF和功率特性，提出一种将L型栅和部分p型隔离层相结合起来的4H-SiCMESFET结构(LP-MESFET)，用来实现大功率RF器件。所用的L栅结构可以减小栅下的耗尽层厚度这样就能减小栅电容，又由于其释放了栅下更宽的导电沟道所以增大了漏极的饱和电流。L栅结构有一个上栅和下栅，能够控制沟道薄的部分和厚的部分，保持了对栅极偏压下的导电沟道的有效控制。L型栅结构提高了器件的电流荷载能力和频率响应。在栅到漏之间引入一部分p型薄层后，由于分压作用改变沟道电场进而影响了栅下耗尽层分布，结果是栅漏电容Cgd减小了。文中还对部分p型隔离层的厚度和掺杂浓度进行了优化。仿真结果是LP-MESFET的漏极饱和电流比常规结构提高了17％，击穿电压比常规结构提高了36％。对于常规结构MESFET和LP-MESFET仿真计算出的最大理论输出功率密度Pmax分别为4.2W/mm和8.2W/mm，这意味着LP-MESFET结构的理论最大输出功率密度比常规结构提高了95％。