台阶场板结构4H-SiC高压肖特基二极管的研究

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碳化硅(SiC)材料拥有卓越的物理化学和电学性质,特别适合制作承受高压、高频、高温、强辐射等器件,因而被称为第三代半导体材料,4H-SiC相对于6H-SiC又具有明显的优势,使用4H-SiC制备肖特基二极管(SBD)具有十分广阔的应用前景。场板是功率肖特基二极管(SBD)中常用的一种结终端技术,而SBD表面电场分布不均匀,存在严重的电场集中效应,影响了4H-SiC SBD的反向阻断特性,导致器件容易提前击穿。为了改善电场集中效应,提高器件的击穿电压,本文设计出具有台阶场板结构的4H-SiC SBD,对比分析了单级场板和台阶场板结构在改善SBD的击穿特性上的作用,发现后者具有明显的优势。通过分析二者的电势线和电场线分布规律,发现台阶场板的引入可以提高器件表面电场的峰值电场的个数,使器件漂移区表面电场分布更加均匀,有效改观了单级场板表面电场两端高中间低的情况,从而有效克服电场集中效应。为了进一步提高器件击穿电压,我们需要优化台阶场板的结构参数。根据高斯定理可知,介质层越厚,表面电场越低。通过对二阶场板下介质层厚度ti的优化,又得到在Lfp1和Lfp2均为10um情况下,当t1为0.5um、t2为2.0um时,器件的击穿性能最好,击穿电压为2300V,比单级场板提高了28%。最后,本文设计了具有台阶结构场板的4H-SiC SBD的工艺实验方案。首先针对制备过程中的关键工艺,进行了参数优化设,设计出器件版图图形,最后,结合国内现有的SiC材料的工艺水平,提出器件的制备工艺流程。
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