【摘 要】
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功率MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor,简称MOSFET）作为电力电子产业的核心零部件,它的性能水平密切影响着该行业的发展。目前制约功率MOSFET性能提升的主要问题之一是击穿电压（Breakdown Voltage,简称BV）与比导通电阻(Specific On Resistance,简称Ron,sp)之间的矛盾关系。
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功率MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor,简称MOSFET）作为电力电子产业的核心零部件,它的性能水平密切影响着该行业的发展。目前制约功率MOSFET性能提升的主要问题之一是击穿电压（Breakdown Voltage,简称BV）与比导通电阻(Specific On Resistance,简称Ron,sp)之间的矛盾关系。为了突破传统的“硅极限”关系,研究人员们提出了多种新结构和新技术来优化器件性能,但是受限于硅材料物理特性,传统硅基MOSFET器件已经达到了其理论性能极限,当前已经很难在常规MOSFET上获得新的性能突破。因此第三代半导体碳化硅（SiC）和氮化镓（Ga N）等材料借此机会迎来发展机遇,然而第三代半导体在制备工艺以及氧化物质量上存在的问题制约着其大规模商业化的脚步,Si/SiC异质结结构成为问题解决之前值得研究的选择之一。本文以提高器件BV和降低Ron,sp为主要目标,通过仿真分析,数值建模等方法对Si/SiC异质结MOSFET进行性能优化。利用电场调制效应和击穿点转移技术（Breakdown Point Transfer,简称BPT技术）来实现缓解功率半导体器件BV与Ron,sp之间矛盾关系的目的。本文具体工作内容如下:（1）提出了具有SIPOS场板的新型Si/SiC LDMOS器件（简称SIPOS Si/SiC LDMOS）。该新型器件借助深漏结构和Si/SiC异质结,引入了BPT技术,优化体内纵向电场分布;利用SIPOS场板的电场调制效应和多数载流子积累效应,调制表面横向电场分布的同时,优化器件导通电阻。根据ISE TCAD的仿真结果,SIPOS Si/SiC LDMOS器件的击穿电压BV从传统Si LDMOS的240.0 V增加到了428.4 V,提升了78.5%;比导通电阻Ron,sp为24.0 mΩ·cm~2,与常规Si LDMOS的33.2 mΩ·cm~2相比,下降了27.7%。另外,本文针对SIPOS Si/SiC LDMOS器件漂移区电势分布建立了二维数值模型,并且结合仿真数据验证了模型的准确性。（2）设计了具有P型浮岛的新型部分Si/SiC异质结VDMOS器件（简称FLI Partial Si/SiC VDMOS）。该器件通过P型浮岛调制体内电场分布,改善器件BV,同时对漂移区进行辅助耗尽,提高漂移区掺杂浓度,进而优化器件Ron,sp;此外,部分Si/SiC异质结结构使得载流子在导电路径上没有了异质结势垒的阻碍,降低了Ron,sp,并且异质结结构引入了BPT技术,进一步提高了器件BV。经过仿真对比,FLI Partial Si/SiC VDMOS器件在反向截止状态下,BV为392.3 V,与传统Si VDMOS的246.1V相比提升了59.4%。正向导通状态下,通过部分异质结结构和P型浮岛的共同优化,Ron,sp从传统Si VDMOS的19.8 mΩ·cm~2降至10.9 mΩ·cm~2,优化幅度达到44.9%。本文共提出了两种新型Si/SiC异质结功率MOSFET结构,既兼容Si基MOSFET成熟的表面工艺,解决了SiC MOSFET器件氧化层质量差的问题,还利用SiC材料的高临界击穿电场和高热导率等优势,优化了器件的电学特性。经过仿真对比验证,本文提出的器件极大地缓解了BV与Ron,sp之间严重的矛盾关系,满足目前飞速发展的电力电子产业对于功率MOSFET的性能需求。
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