4H--SiC肖特基势垒二极管和结势垒肖特基二极管的仿真与制作

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碳化硅(S iC)具有禁带宽度大、临界击穿场强高、热导率高、电子饱和速度快等优点,非常适合应用在高温、高压、大功率等领域中。二极管作为重要的功率器件之一,需要具备导通电阻小、开关速度快,阻断电压高的特点,因此肖特基势垒二极管(SBD)和结势垒肖特基(JBS)二极管在功率电子领域具有极大的应用潜力。国内对于SiC的研究起步较晚,在工艺和设计方面还需要继续追赶。针对这一现状,本文主要对SiCSBD和JBS二极管的仿真设计以及工艺制作进行了主要研究:
  (1)借助SentaurusTCAD仿真软件对SiCSBD二极管的场板终端进行仿真,研究场板长度和氧化层厚度对二极管击穿电压的影响,并提取器件的电场分布用于分析结果。
  (2)研究关键工艺,包括肖特基接触、欧姆接触、刻蚀、光刻等,并且为了解决ICP刻蚀速率不能精确控制,对肖特基接触产生影响较大这一问题,提出了一种先沉积金属,再生长SiO2,最后刻蚀开窗的工艺流程,提高了工艺的鲁棒性。最后制作出具有场板终端的SiCSBD并进行测试分析。结果表明肖特基接触良好,理想因子接近1,势垒高度为1.5eV,最大击穿电压为643V。
  (3)对JBS二极管的元胞结构进行优化,主要包括P+阱间距、P+阱宽度、P+阱掺杂浓度和P+阱深度。然后对场限环终端进行优化,主要包括场限环间距和场限环个数。最后对离子注入和高温退火工艺做简要介绍,并使用Trim仿真软件对离子注入过程进行仿真,得到离子注入所需的能量和剂量。
  (4)结合SBD工艺、离子注入工艺以及高温退火工艺,制作出具有场限环终端的SiCJBS二极管,测试结果表明最大击穿电压为1045V,相较于具有场板终端的SiCSBD的击穿电压提高了78%。
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