4HSiC埋沟MOSFET击穿特性模拟研究.pdfVIP

摘要 摘要 碳化硅材料有着包括禁带宽、击穿电场大、电子饱和漂移速度快等等物理性 质方面的优势，这决定了碳化硅材料在高温、高频、高辐射等这些相对极端的环 境下发挥重要的作用。同时，埋沟MOSFET （在SiO /SiC界面注入一层N型掺杂层） 2 的出现很好地避免了SiC/SiO 界面对载流子输运的影响。为了更好地发挥碳化硅 2 埋沟MOSFET在功率性能的优势和潜力，必须对器件的电学击穿特性进行较为深 入的模拟研究。本文的主要工作有： 研究了 4H-SiC 埋沟 MOSFET 的基本结构模型及其参数，其中主要包括迁移 率模型及其参数、不完全电离模型和碰撞离化模型，验证了器件的工作机理，讨 论了器件的基本特性，验证了埋沟 MOSFET 相对传统 MOSFET 的优势；研究了 4H-SiC 埋沟 MOSFET 的高温特性。为接下来讨论 4H-SiC 埋沟 MOSFET 的击穿 特性奠定了基础。 为正确地模拟 4H-SiC 埋沟 MOSFET 的击穿特性，合理地设置了器件的深度 和漏区的宽度。介绍了 4H-SiC 埋沟 MOSFET 的基本击穿机理；比较了埋沟和传 统 MOSFET 的击穿特性，埋沟器件的击穿电压大说明了它在高压器件方面具有一 定的优势；讨论了 4H-SiC 埋沟 MOSFET 的各个结构参数对器件击穿特性的影响， 包括埋沟沟道掺杂浓度、沟道深度、衬底掺杂浓度、氧化层厚度、场板等；最后， 介绍了环境温度对器件击穿特性的影响等。结果表明：4H-SiC 埋沟 MOSFET 击 穿电压随着栅压、沟道掺杂浓度、埋沟深度、氧化层厚度增大而增大；随着衬底 掺杂浓度增大而减小；随着场板的出现而增大；另外，击穿电压随着温度的升高 而增大。这将对 4H-SiC 埋沟 MOSFET 在今后研究中起到指导作用。 介绍了 4H-SiC埋沟MOSFET研制的必威体育精装版实验情况。实验测试表明所有器件的 阈值电压都为正，说明器件都是增强型的；器件I-V特性都具有较好的线性区和饱 2 和区;最高的有效迁移率约为 90cm /Vs 。实验获得了较高的迁移率，但和文献报道 还有较大的差距，提出了一些改进方案。由于实验条件所限，4H-SiC埋沟MOSFET 的击穿特性测试实验工作还没有来得及进行。 关键词: 碳化硅, 埋沟，MOSFET ，击穿电压 Abstract Abstract SiC-based devices will play more and more important role in the applications of the electronic system operated in some extreme environments, such as at high temperature and high radiation. The high breakdown electric field and high saturated electron drift velocity make SiC-based devices cater for high power and high frequency applications. To decrease the influence of interface state, Buried Channel MOSFET formed by implanted n-type layer near SiO /SiC interface is developed. 2