SiC基反向開關電晶體關鍵技術及套用基礎研究

《SiC基反向開關電晶體關鍵技術及套用基礎研究》是依託華中科技大學，由梁琳擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：SiC基反向開關電晶體關鍵技術及套用基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：梁琳
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

通過研究強電場條件下固態SiC基反向開關電晶體RSD(reversely switched dynistor)中的電漿效應，結合依據SiC材料性能提出的NPNP四層結構，建立適應SiC RSD特點的物理模型，探索從原理上解決導通過程局部化問題，進行包括緩變P基區和厚外延漂移N基區寬度及雜質濃度分布、陽極P+和N+發射區交替多元胞特徵尺寸等關鍵參數最佳化設計，以實現SiC RSD在晶片全面積均勻同步開通、換流前沿殘餘電壓小，同等電壓等級下開關的總損耗降為Si RSD的50%。通過探索器件晶片的若干關鍵工藝技術，包括厚外延層生長、陽極多元胞選擇性離子注入及退火、穩定可靠歐姆接觸電極的製備、乾法刻蝕台面造型及表面鈍化等，研製出斷態重複峰值電壓不低於4kV、50μs脈寬下最大脈衝電流密度10 kA/cm2 的SiC RSD原型樣品，並提出特性評價方法，為其設計、製造及套用提供試驗依據和系列技術。

結題摘要

為突破Si基脈衝功率開關反向開關電晶體RSD(reversely switched dynistor)的參數極限，首次提出採用寬禁帶半導體材料SiC製備RSD器件，以期獲得更好的阻斷特性與開關特性的折中以及更好的重複頻率性能。 在考慮載流子遷移率模型、SRH複合、俄歇複合、碰撞電離效應和禁帶變窄效應等物理模型與效應的基礎上，建立了SiC RSD器件的二維數值模型，分析了其斷態和開關特性，具體討論了其開通過程。通過預充使得RSD基區中積累的剩餘電漿足夠高，使其在導通階段不會耗盡，提供類似晶閘管觸發門極的作用，是器件正常工作的關鍵。 根據可獲得的單晶材料和加工工藝設計了NPNP型SiC RSD器件結構，選取N型漂移區配合台面結終端，陰極不設定短路點。最佳化設計了器件的縱向雜質分布剖面和橫向元胞特徵尺寸，綜合討論了包括P基區寬度、載流子壽命等器件參數以及預充電壓、工作溫度等外部條件對開通過程的影響，分析了不同正斜角台面下表面電場分布。 探索了包括選擇性刻蝕、選擇性摻雜、歐姆電極製備以及台面終端造型等在內的多步SiC RSD器件的關鍵工藝，採用氟基氣體ICP(inductively coupled plasma)刻蝕得到了合適的刻蝕速率、表面粗糙度及形貌，採用多次氮離子注入及高溫退火完成選擇性摻雜，採用Ni基金屬配合適當退火溫度完成歐姆電極製備，採用機械切割斜角完成台面終端造型並進行鈍化，最終獲得最高2820V的阻斷電壓，達到4kV理論設計值的70%以上。