《功率SiC-JBS器件可靠性機理研究》是依託東南大學，由錢欽松擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：功率SiC-JBS器件可靠性機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：錢欽松
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
碳化矽材料的耐高壓和抗干擾特性使得碳化矽基結勢壘肖特基（Silicon Carbide - Junction Barrier Schottky，簡稱SiC-JBS）器件在功率電子系統大功率、高頻、小型化的發展方向上發揮了重要作用。近年來，SiC-JBS器件的開關特性、電流密度及擊穿能力等電學特性已大幅提升，但高溫、高壓、大電流的套用環境使可靠性問題成為限制其進一步發展的瓶頸。目前，關於SiC-JBS器件在系統套用中出現的諸多可靠性問題的退化機理及模型的研究還較少，有些甚至根本沒有涉及。本課題將根據具體系統套用條件，對SiC-JBS器件工作過程中面臨的正向大電流應力、高溫反向偏壓應力、反向灌電流應力及高dV/dt應力下的退化機理展開深入研究，並在此基礎之上建立一套用於SiC-JBS器件實際工作條件下的壽命預測模型，進而為研製高可靠SiC-JBS器件及相關套用系統打下理論基礎。
結題摘要
碳化矽JBS器件在高壓，高功率和高頻領域得到廣泛的套用，尤其被套用於在諸如功率因子轉換系統，太陽能轉換系統，航空航天工程等領域。由於這些套用系統對於該器件可靠性的要求極高，因此器件可靠性對於系統的工作穩定性尤為重要。本項目深入研究了碳化矽JBS器件在正向大電流、高溫反偏、重複反向灌電流、高dV/dt應力條件下退化機制，並藉助專業仿真軟體與TEM電子顯微鏡等手段研究揭示了其退化的內在機理。最終建立了一套在不同退化機理下器件壽命模型，預測其工作壽命，為研製高可靠性碳化矽JBS器件及相關套用系統提供理論指導。 項目執行過程中，已發表相關SCI論文8篇，授權中國發明專利7項，申請中國發明專利8項；此外，項目研究成果已作為重要內容榮獲2014年教育部技術發明一等獎和2014年中國半導體創新產品和技術獎。本項目主要研究結論如下： 1、研究得到在正向大電流應力條件下，不同缺陷位置的碳化矽JBS器件會產生不同的退化現象。對於缺陷發生在有源區的A類器件，其發生正向壓降的退化，源於有源區的缺陷會使內部遷移率下降；對於缺陷發生在器件表面的B類器件，產生擊穿電壓的退化，主要是表面缺陷會直接影響反向電壓下表面電場的分布，降低勢壘高度，增加反向漏電。 2、碳化矽JBS器件在高溫反偏的應力研究中發現，低壓時反向電流與溫度沒有明顯的關係，因為此時的JBS器件的反向漏電流主要來自於肖特基的熱發射；當反向偏壓較大時，隨著溫度的升高反向電流迅速增大，BV減小，這是由於高溫反向偏壓下隧道擊穿影響JBS整流特性引起的，隧道擊穿具有負溫度係數。 3、研究發現，A類器件灌電流的衝擊發生在有源區，反向灌電流應力加劇了JBS器件有源區的堆疊層錯，產生了與正向大電流下相同的退化現象；B類器件的灌電流的衝擊發生在結終端高場區域，存在熱載流子的注入，改變了局部電場分布，使得BV明顯升高。 4、dV/dt應力下部分高可靠B類碳化矽JBS器件反向阻斷電壓升高，該退化現象與灌電流引起的BV增大現象相似，原因同樣為熱載流子注入。JBS器件的反向漏電位置為結終端區域，此處重複受到這種動態雪崩電流衝擊應力作用後，可在附近氧化層中積累局部電荷，從而引起BV的變化。 5、根據不同的退化機理，結合普通JBS的解析模型建立了碳化矽JBS器件在不同退化機理下的壽命模型。驗證結果顯示各性能參數的壽命預測模型相對誤差均小於10%。
