4H-SiC SBD和JBS退火研究

在4H-SiC外延材料上制备了SBD和JBS器件,研究并分析了退火温度对这两种器件正反向特性的影响。结果表明,低于350℃退火可同时提高SBD和JBS的正反向特性。当退火温度高于350℃时,二者的正向特性都出现退化,SBD退化较JBS更为严重。JBS阻断电压随退火温度升高而增大,在退火温度高于450℃时增加趋势变缓。SBD阻断电压随退火温度升高先升后降,在500℃退火时达到一个最大值。可见一定程度的退火有助于提高4H-SiCSBD和JBS器件的正反向特性,但须考虑其对正反向特性的不同影响。综合而言,退火优化后JBS优于SBD器件性能。     

4H-SiC SBD和JBS退火研究

在4H-SiC外延材料上制备了SBD和JBS器件,研究并分析了退火温度对这两种器件正反向特性的影响。结果表明,低于350℃退火可同时提高SBD和JBS的正反向特性。当退火温度高于350℃时,二者的正向特性都出现退化,SBD退化较JBS更为严重。JBS阻断电压随退火温度升高而增大,在退火温度高于450℃时增加趋势变缓。SBD阻断电压随退火温度升高先升后降,在500℃退火时达到一个最大值。可见一定程度的退火有助于提高4H-SiCSBD和JBS器件的正反向特性,但须考虑其对正反向特性的不同影响。综合而言,退火优化后JBS优于SBD器件性能。     

2700V4H-SiC结势垒肖特基二极管

在76.2 mm 4H-SiC晶圆上采用厚外延技术和器件制作工艺研制的结势垒肖特基二极管(JBS).在室温下,器件反向耐压达到2700 V.正向开启电压为0.8V,在VF=2V时正向电流密度122 A/cm2,比导通电阻Ron=8.8 mΩ·cm2.得到肖特基接触势垒qφв=1.24 eV,理想因子n=1.     

4H-SiC双层浮结肖特基势垒二极管温度特性研究

为了增强器件高温条件下的适应性,对4H-SiC双层浮结肖特基势垒功率二极管的温度特性进行了研究.结果表明,当温度变化时,器件的阻断电压、通态电阻、反向漏电流及开关时间等电学性质均要发生一定的变化.作为一种基于浮结技术的sic新器件,通过数值模拟方法对其特征参数进行优化,可使其承载电流能力、阻断特性和开关速度等得到进一步...     

一种基于4H-SiC JBS二极管的Boost型PFC电路

传统Si基快恢复二极管(FRD)在应用时由于反向恢复电流大、漏电流高等问题限制了电力电子电路的性能提升.基于此,提出了一种4H-SiC结势垒肖特基(JBS)二极管在功率因数校正(PFC)电路中的应用方案.首先测试比较了制备的4H-SiC JBS和Si FRD的关键电学参数,指出反向恢复特性是影响器件损耗的关键;然后介绍...     

4H-SiC结势垒肖特基二极管VRSM特性研究

通过器件模拟仿真软件Sentauras和高分辨率透射电子显微镜（High-Resolution Transmission Electron Microscopy ,简称HRTEM）研究了4H-SiC结势垒肖特基二极管（Junction Barrier Schottky ,简称JBS）在反向浪涌电压应力作用下的失效机理;进而重点研究了结终端扩展区（Junction Termination Extension ,简称JTE）的长度、深度和掺杂浓度对该器件反向浪涌峰值电压（Maximum Surge Peak Reverse Voltage ,简称VRSM）的影响,并结合JBS的基本结构对其进行优化设计;最后,流片测试显示优化设计的4H-SiC结势垒肖特基二极管的VRSM值约为1450V,比原器件提升了20%左右。     

耐250℃高温的1200V-5A4H-SiC JBS二极管

采用碳化硅外延和器件工艺制造了碳化硅结势垒肖特基(JBS)二极管,耐压达到1 200 V,封装的器件电流室温达到5 A(正向压降2.1 V).通过在不同工作温度下对比测试显示了直流特性随工作温度的变化情况,并验证至少在250℃下依旧能正常工作.研制的1 200 V碳化硅JBS二极管和IXYS公司的600 V硅快恢复二极管(Fast recovery diode)进行了对比:室温动态开关测试中,碳化硅二极管的反向恢复能耗比硅二极管节省92%.这是国内首次报道的250℃高温下正常工作的碳化硅JBS二极管.     

具有场限环终端的6500 V 4H-SiC结势垒肖特基二极管的研制

阐述了6 500 V4H-SiC结势垒肖特基(JBS)二极管的设计、仿真和制备过程,并对流片结果进行了测试,分析了测试结果与仿真结果差异的原因。通过仿真对比分析了漂移区厚度、掺杂浓度、有源区p+区和场限环终端参数对器件电学特性的影响,数值模拟优化了器件元胞和终端结构的漂移区、有源区和场限环的结构参数。根据模拟结果,4H-SiC漂移区掺杂浓度为1.08×1015 cm-3、厚度为60μm,采用经过优化的70个场限环终端结构,通过完整的工艺流程,完成6 500 V4H-SiC JBS的制备。测试结果显示,室温下当6 500 V4H-SiC JBS正向导通电流密度达到3.53×105 A/m2时,正向压降为4 V,器件的反向击穿电压约为8 000 V。     

JTE终端结构4H-SiC JBS二极管的击穿特性研究

研究了JTE终端结构4H-SiC JBS二极管的击穿特性.首先,理论模拟了JTE终端横向长度、离子注入剂量和界面电荷对击穿电压的影响.对工艺条件进行优化,制作了JTE终端结构4H-SiC JBS二极管.测试结果表明,器件的正向电压为1.52V,特征导通电阻为2.12 mΩ·cm2,击穿电压为1650 V.接着,研究器件...     

1200V/100A高温大电流4H-SiC JBS器件的研制

基于SiC结势垒肖特基(JBS)二极管工作原理及其电流/电场均衡分布理论,采用高温大电流单芯片设计技术及大尺寸芯片加工技术,研制了1 200 V/100 A高温大电流4H-SiCJBS二极管.该器件采用优化的材料结构、有源区结构和终端结构,有效提高了器件的载流子输运能力.测试结果表明,当正向导通压降为1.60 V时,其正向电流密度达247 A/cm2(以芯片面积计算).在测试温度25和200℃时,当正向电流为100 A时,正向导通压降分别为1.64和2.50 V;当反向电压为1 200 V时,反向漏电流分别小于50和200μA.动态特性测试结果表明,器件的反向恢复特性良好.器件均通过100次温度循环、168 h的高温高湿高反偏(H3TRB)和高温反偏可靠性试验,显示出优良的鲁棒性.器件的成品率达70％以上.     

浮结位置对4H-SiC浮结结势垒肖特基二极管特性的影响(英文)

同质外延层厚度、铝离子注入深度及光刻偏差会导致4H-SiC浮结结势垒肖特基二极管中浮结位置偏离最优值,器件特性变差。通过数值模拟的方法对浮结横向及纵向位置偏差对其电学特性的影响进行了研究。纵向方向,两个梯形电流分布使得通态比电阻随着浮结由主结向下移动而缓慢增加。击穿电压由距离主结3.5μm处的607V增加到5.6μm处的1 030V。随着浮结进一步向下移动,击穿电压急剧下降,最终保持在550V。这个变化趋势可以通过浮结在漂移区中不同纵向位置的电场分布进行解释。横向方向,浮结与主结对准及交叉放置时电场呈周期性分布且非常均匀,浮结均匀的承担了电压,击穿电压较高。浮结横向偏差时,电流导通路径变长,通态比电阻增加。计算结果表明,浮结与主结对准与交叉放置时Baliga品质因子达到了9.8×109 W/cm2,16%高于1.3μm横向偏差时的8.2×109 W/cm2。因此,4H-SiC浮结结势垒肖特基二极管设计时必须考虑工艺偏差对其特性的影响。     

Ni/4H-SiC肖特基势垒二极管研制

采用微电子平面工艺,高真空电子束热蒸发金属Ni分别作肖特基接触和欧姆接触,二级场限环终端表面保护,研制出Ni/4H-SiC肖特基势垒二极管(SBD)。I-V特性测量说明,Ni/4H-SiCSBD有较好的整流特性,热电子发射是其主要的运输机理。反向击穿电压达1500V,理想因子为1.2,肖特基势垒高度为0.92eV。     

Ni，Ti/4H-SiC肖特基势垒二极管

采用本实验室生长的4H-SiC外延片,分别用高真空电子束蒸Ni和Ti做肖特基接触金属,Ni合金作欧姆接触,SiO_2绝缘环隔离减小高压电场集边效应等技术,制作出4H-SiC肖特基势垒二极管(SBD)。该器件在室温下反向击穿电压大于600 V,对应的漏电流为2.00×10~(-6)A。对实验结果分析显示,采用Ni和Ti作肖特基势垒的器件的理想因子分别为1.18和1.52,肖特基势垒高度为1.54 eV和1.00 eV。实验表明,该器件具有较好的正向整流特性。     

6H-SiC高压肖特基势垒二极管

在可商业获得的N型6H-SiC晶片上,通过化学气相淀积,进行同质外延生长,在此结构材料上,通过热蒸发,制作Ni/6H-SiC肖特基势垒二极管．测量并分析了肖特基二极管的电学特性,结果表明,肖特基二极管具有较好的整流特性：反向击穿电压约为450V,室温下,反向电压VR=-200V时,反向漏电流JL=5×10-4A*cm-2;理想因子为1.09,肖特基势垒高度为1.24—1.26eV,开启电压约为0.8V．     

6H-SiC高压肖特基势垒二极管

在可商业获得的 N型 6 H - Si C晶片上 ,通过化学气相淀积 ,进行同质外延生长 ,在此结构材料上 ,通过热蒸发 ,制作 Ni/6 H- Si C肖特基势垒二极管 .测量并分析了肖特基二极管的电学特性 ,结果表明 ,肖特基二极管具有较好的整流特性 :反向击穿电压约为 45 0 V,室温下 ,反向电压 VR=- 2 0 0 V时 ,反向漏电流 JL=5× 10 - 4 A· cm- 2 ;理想因子为 1.0 9,肖特基势垒高度为 1.2 4— 1.2 6 e V ,开启电压约为 0 .8V     

Defect Analysis of Barrier Height Inhomogeneity in Titanium 4H-SiC Schottky Barrier Diodes

Over 350 4H-SiC Schottky barrier diodes (SBDs) of varying size are characterized using current–voltage (I–V) measurements, with some also measured as a function of temperature. Devices display either a characteristic single-barrier height or atypical dual-barrier heights. Device yields are shown to decrease as device area increases. Molten KOH etching is used to highlight defects for analysis by optical microscopy and atomic force microscopy. The I–V characteristics are compared against the defect density. A positive correlation between effective barrier height and effective electrically active area of the SBDs is found. No correlation is found between threading dislocations and ideality factor or barrier height.     

新型4H—SiC阳极凹槽D—RESURF肖特基二极管研究

提出了一种新型4H-SiC阳极凹槽D-RESURF肖特基二极管结构.阳极凹槽使器件反偏时横向电场增强,加快漂移区耗尽.同时,利用D-RESURF技术,提高器件击穿电压和正向导通特性;利用二维数值模拟,从耐压的角度,对降场层的厚度、浓度和长度进行优化.结果表明,新结构较之常规单RESURF结构,击穿电压从890 V提高到1672 V,导通电流为80 mA/mm时,压降从4.4 V降低到2.8 V.     

Study of 4H-SiC JBS Diodes Fabricated with Tungsten Schottky Barrier

Tungsten is a suitable metal contact for high-temperature applications. We fabricated 1.7-kV and 6-kV 4H-SiC junction barrier Schottky (JBS) diodes with a tungsten Schottky contact with different geometries, and their forward characteristics were measured up to 300°C. The 1.7-kV diodes exhibited unipolar conduction up to 6 V at 275°C, whereas 6-kV diodes showed ideal on-resistance, R _on. An optimized JBS design permits a higher breakdown voltage to be obtained than for the pure Schottky diode, with a reasonable increase (10%) of the on-resistance. Results demonstrate the feasibility of tungsten JBS diodes for fast-switching, high-voltage, and high-temperature applications.     

Cu/,Ni/4H-SiC Schottky势垒的退火研究

采用磁控溅射方法分别在n型4H-SiC上沉积Cu,Ni金属薄膜形成Schottky接触，并进行不同温度下的退火，通过I-V和C-V测试，研究不同退火温度对Schottky势垒高度以及理想因子的影响. 研究结果表明，对Cu,Ni金属，适当的退火温度能提高其与4H-SiC所形成的Schottky势垒高度，改善理想因子，但若退火温度过高，则会导致接触的整流特性退化.器件在退火前后，反向漏电流都较小. 热电子发射是其主要的输运机理. 所制备的金属半导体接触界面比较理想，无强烈费米能级钉扎