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4H-SiC功率MOSFET特性研究与器件模拟

作　者: 侯峰波
导　师: 张玉明
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 碳化硅功率MOSFET 特征导通电阻电流扩展层
分类号: TN386
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

碳化硅(SiC)由于其带隙宽、热导率高、电子的饱和速度大、临界击穿电场高等特点成为制作高温、高频、大功率和抗辐射器件的首选半导体材料之一。本文采用了一种带有电流扩展层的新型功率MOSFET的器件结构,通过器件性能的研究和器件参数的优化,获得了较低的特征导通电阻和较高的击穿电压。论文的主要研究工作为：(1)氧化层厚度和P基区浓度对阈值电压的影响。阈值电压的大小直接影响的器件的输出电流和沟道区电阻。通过ISE-TCAD器件模拟研究发现氧化层和P基区厚度越大,阈值电压越大。因此要想获得较低的阈值电压,必须减小器件的氧化层厚度和P基区浓度。(2)器件的阻断特性研究。本文通过对P基区厚度和浓度的研究得出要使器件正常工作不至于发生基区穿通现象,P基区必须满足的最小浓度和厚度关系。(3)减小器件的特征导通电阻。JFET区电阻、沟道电阻、积累层电阻和漂移区电阻是导通电阻的四个最主要的组成部分。本文通过对JFET区宽度和浓度的优化有效的降低了器件的JFET区电阻；在漂移区上方增加电流扩展层,使得电流均匀流过漂移区,降低了漂移区的电阻。从而有效的降低了器件的总电阻。(4)对器件漂移区、JFET区和电流扩展层的浓度进行优化获得最佳的器件性能。本文采用Taguchi方法,即利用优值BFOM,获得了1.54mΩ·cm2的特征导通电阻和2100V的击穿电压。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-11
  1.1 SiC功率MOSFET发展现状  7-9
  1.2 SiC功率MOSFET的研究意义和存在的问题  9-10
  1.3 本文的主要工作  10-11
第二章 SiC功率器件基础  11-23
  2.1 SiC基本性质  11-14
  2.2 功率MOSFET基本结构  14-16
    2.2.1 UMOSFET结构及特点  15
    2.2.2 DMOSFET结构及特点  15-16
  2.3 功率MOSFET的优点  16-18
  2.4 器件模拟参数选取  18-21
    2.4.1 基本模型  19-20
    2.4.2 材料特性的模型与参数  20-21
  2.5 本章小结  21-23
第三章功率MOSFET的工作原理和结构设计  23-33
  3.1 功率MOSFET的工作原理  23-24
  3.2 功率MOSFET的电学参数  24-31
    3.2.1 静态参数  24-27
    3.2.2 动态参数  27-29
    3.2.3 极限参数  29-31
  3.3 功率MOSFET器件结构  31-32
  3.4 本章小结  32-33
第四章 4H-SiC功率MOSFET器件模拟  33-45
  4.1 器件参数对阈值电压的影响  33-36
    4.1.1 P基区对阈值电压的影响  33-34
    4.1.2 氧化层厚度对阈值电压的影响  34-36
  4.2 器件阻断特性模拟研究  36-38
  4.3 器件参数对特征导通电阻的影响  38-41
    4.3.1 沟道电阻R_(ch)和积累层电阻R_a  38-39
    4.3.2 漂移区电阻R_e  39-40
    4.3.3 JFET区电阻R_j  40-41
  4.4 器件参数的优化  41-43
    4.4.1 漂移区浓度n_(epi)  42
    4.4.2 CSL层浓度n_(csl)  42-43
    4.4.3 JFET区浓度n_j  43
  4.5 本章小结  43-45
第五章结束语  45-47
致谢  47-49
参考文献  49-51
攻读硕士研究生期间的研究成果  51-52

4H-SiC功率MOSFET特性研究与器件模拟

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