两种新颖结构4H-SiC功率MOSFET的模拟与性能分析

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SiC功率器件在近二十年得到了较快的发展,评价其特性的FOM在不断提高,在不久的将来有望达到SiC材料的理论极限。在这种背景下,本文提出和设计了SiC半超结MOSFET(SSJMOSFET)和浮岛MOSFET(FLIMOSFET)来继续提高SiC器件的性能。在本文中利用Sentaurus TCAD软件,设计并研究了器件性能。主要进行了以下工作:一、SSJMOSFET仿真研究(1)研究了SSJMOSFET的击穿机理;(2)固定BAL掺杂浓度为6×1015cm-3,仿真得到FOM最大时的SSJMOSFET的超结掺杂浓度为6×1015cm-3;研究了此时的电荷失配造成的耐压变化问题。(3)固定超结掺杂浓度为5×1016cm-3,仿真得到了FOM最大时BAL掺杂浓度为1×1016cm-3;BAL掺杂浓度越高,SSJMOSFET的转移特性越好;在FOM达到最大的参数条件下,SSJMOSFET准饱和电流值3.4×10-4A/μm,相比于普通VDMOSFET的准饱和电流值1.5×10-4A/μm有了较大提高。二、FLIMOSFET仿真研究(1)研究了FLI处于漂移区不同位置,具有不同长度,漂移区不同掺杂浓度情况下FLIMOSFET的击穿机理;(2)在设计参数使得器件耐压能力保持基本一致的前提下,随着FLI数量的增大,FLIMOSFET导通电阻不断减小,FOM不断增大,FLIMOSFET在线性区的跨导增大;相比于普通VDMOSFET在栅压为13V时发生准饱和,准饱和电流值为2.2×10-4A/μm,具有3个FLI的FLIMOSFET在栅压为22V才发生准饱和,准饱和电流值为9.8×10-4A/μm,器件的准饱和电压和电流值都得到较大提高。两种结构器件的仿真表明,半超结结构和浮岛结构确实能够突破SiC材料的理论极限,对将来SiC MOSFET制备具有一定的指导意义。
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