新型4H-SiC功率MOSFET器件研究

摘要

SiC纵向MOSFET是功率电子器件领域的热门研究课题之一。与传统半导体材料Ge,Si以及GaAS相比,第三代宽禁带半导体SiC以其优良的物理化学特性和电学特性成为制造高温、大功率、低功耗电子器件的理想材料。在大功率低功耗方面,具有耐高温,低导通电阻的4H-SiC纵向MOSFET具有广阔的应用前景。
　　 本文在功率器件理论的基础上,结合SiC-IEMOSFET和ACCUFET的设计思想,对IEMOS和超级结MOS结构进行设计改进,并采用ISE TCAD10.0对改进后的积累型IEMOS、上外延沟道IEMOS和上外延沟道超级结这三种结构分别进行模拟研究。
　　 其中积累型IEMOS结构在相同条件下可获得比传统器件更低的特征导通电阻2.1mΩ·cm2,更高的有效沟道迁移率71.3 cm2／(V·s),改进前器件分别为4.3mΩ·cm2和49.7cm2／(V·s)。上外延沟道IEMOS将注入形成埋沟的方法改进为再外延积累型沟道,能够较好地提高器件的反向击穿电压。和积累型IEMOS相比,反向击穿电压从1500V提高至2300V,但导通电阻则从2.1 mΩ·cm2提高到3.2mΩ·cm2,有效沟道迁移率为89cm2／(V·s)。上外延沟道超级结结构是基于上外延沟道IEMOS结构和传统超级结结构改进得到的,其击穿电压比前者的2300V高出350V,导通电阻却从3.2mΩ·cm2提高至6.3mΩ·cm2,有效沟道迁移率为112cm2／(V·s)。本文的研究工作对SiC纵向功率MOSFET的优化设计有参考价值。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 功率电子学发展现状

1.2 碳化硅功率MOSFET的研究意义及发展现状

1.3 本文的研究内容

第二章 碳化硅功率MOSFET器件基础

2.1 碳化硅晶体结构

2.2 功率MOS器件基础

2.2.1 功率DMOS结构以及工作原理

2.2.2 功率DMOS导通电阻

2.2.3 MOS界面和迁移率

2.3 功率MOSFET典型结构

2.4 ISE-TCAD仿真中4H-SiC材料参数及物理模型

2.4.1 DESSIS仿真工具及求解基本方程

2.4.2 4H-SiC物理模型和材料参数的选取

2.5 本章小结

第三章 新型碳化硅功率MOSFET结构

3.1 双外延(DEMOSFET)结构

3.2 注入外延(IEMOSFET)结构

3.3 积累沟道(ACCUFET)结构

3.4 超级结结构

3.5 本章小结

第四章 新型碳化硅功率MOSFET的优化设计

4.1 积累型IEMOS结构

4.1.1 4H-SiC积累型IEMOS结构设计

4.1.2 4H-SiC积累型IEMOS结构仿真结果及分析

4.2 上外延沟道IEMOS结构

4.2.1 4H-SiC上外延沟道IEMOS结构设计

4.2.2 4H-SiC上外延沟道IEMOS结构仿真结果及分析

4.3 上外延沟道超级结结构

4.3.1 上外延沟道超级结结构设计

4.3.2 上外延沟道超级结结构仿真结果及分析

4.4 三种结构优缺点比较

第五章 工作总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 课题展望

致谢

参考文献