4H-SiC功率肖特基二极管可靠性研究进展

4H-SiC功率器件作为一种宽禁带半导体器件,凭借突出的材料优势具有耐压高、导通电阻低、散热好等优势.近年来随着器件的逐步商用,器件的可靠性问题成为新的研究热点.综述了本课题组近期在4H-SiC功率二极管可靠性方面的研究进展,通过高温存储和高压反偏可靠性问题的研究,分析了器件性能退化机制.通过重复雪崩可靠性问题的研究,...     

4H-SiC肖特基势垒二极管温度特性研究

采用平面工艺，用高真空电子束分别蒸发金属Ni、Ti做肖特基接触，采用多层金属Ni、Ti、Ag合金做欧姆接触，制作出Ni／4H—SiC、Ti／4H—SiC肖特基势垒二极管(SBD)．研究了在-100～500℃之间器件正向直流压降与温度变化的关系．实验表明：当通过肖特基势垒二极管的正向电流恒定时，器件正向直流压降随温度变化具有线性关系，斜率约为1．8mV／℃，由此，提出了以4H—SiC肖特基势垒二极管为基础的高温温度传感器模型．     

高压4H-SiC肖特基二极管的模拟及研制

结终端技术能提高4 H-SiC肖特基势垒二极管器件的耐压性能.利用仿真软件ISE-TCAD10.0对具有结终端扩展JTE保护的4 H-SiC SBD器件进行了仿真研究,并依据仿真优化好的参数试制了器件.实验测试结果表明,模拟优化结果与实验测试器件的结果一致性较好,实测此器件的反向电压值达2 000 V,接近理想击穿耐压88%,漏电流数值为0.1mA/cm2.     

4H-SiC肖特基二极管温度传感器模型分析

在4H-SiC肖特基二极管正向电流热电子发射理论基础上,得出了理想因子、势垒高度及串联电阻随温度变化的特性值,并结合考虑三者随温度变化的特性提出了一种计算正向电流密度的理论模型.通过对肖特基二极管的正向特性在300～500 K的温度范围内的电流-电压曲线模拟,表明温度升高对正向特性的影响比较显著,肖特基二极管适合于高温工作,同时表明热电子发射是其主要运输机理.     

4H-SiC肖特基二极管载流子输运的温度效应

以Cree公司生产的碳化硅肖特基二极管为研究对象,对其进行I-V测试.通过对实验数据的理论模拟,研究了碳化硅肖特基二极管的载流子输运机理及温度效应.研究结果表明:温度升高,碳化硅肖特基二极管的肖特基势垒高度降低,漏电流急剧增加.正向导通时符合热电子发射机理,镜像力和隧穿效应共同作用使得反向偏压下的漏电流增加并能较好地和实验值相一致.     

终端场板结构对GaN基肖特基势垒二极管击穿电压的影响

为了提高肖特基势垒二极管(Schottky barrier diode,SBD)的击穿电压(breakdown voltage,BV),系统研究了终端场板结构的GaN-SBD.基于Silvaco TCAD软件,采用控制变量法即分别在不同场板长度(LFP)和绝缘层厚度(TFP)及GaN漂移区掺杂浓度(ND)条件下仿真了器...     

p型Al/6H-SiC肖特基二极管特性的研究

作者研究了p型Al/6H -SiC肖特基二极管的基本制作工艺及其电学参数 .采用电流 -电压法 (I～V) ,测试了肖特基二极管的理想因子n和肖特基势垒高度b.对其基本电学参数n和b 的温度特性进行了研究 .分析了串联电阻对I～V特性的影响 .     

单区JTE终端结构4H-SiC PIN雪崩二极管击穿特性研究

作为第三代宽禁带半导体材料的碳化硅（SiC）具有高临界电场、高热导率等特性,以此材料制作成的PIN功率二极管器件可以满足高速轨道交通、航空航天等领域的高压、高温、抗辐射等要求。目前传统的4H-SiC PIN雪崩二极管容易受到电场集边效应的影响,从而导致器件的提前击穿。为了降低这种效应,利用Sentaurus TCAD软件设计一种具有单区结终端扩展结构（junction termination extension,JTE）的4H-SiC PIN雪崩二极管,在此基础上重点分析了JTE层的横向长度与掺杂浓度水平对二极管击穿特性的影响。仿真结果表明：从单区JTE终端结构4H-SiC PIN二极管研究中得到的最大外击穿电压约为1 670 V,为理论击穿电压的87%;相较于传统器件所具有的267.5 V的击穿电压,单区JTE二极管的耐压性更好,可靠性更高。     

肖特基二极管对微波响应的多物理场协同计算

以型号为HSMS 282c的肖特基二极管为例,利用多物理场协同算法对其微波响应特性进行了计算.通过比较器件在有或无封装时对特定频率的响应情况,发现封装可使器件的耗散功率增加87%.本文还对比了肖特基二极管在不同频率微波激励下的平均耗散功率,发现器件的耗散功率在 35 GHz附近存在峰值.当二极管的工作频率高于32 GHz时,耗散功率会随环境温度的增加而增加.研究结果对于半导体器件的微波效应研究具有重要的参考价值.     

Ku波段肖特基二极管功率检波器的设计与制作

对作为功率探针的低势垒肖特基二板管检波器进行了微波特性分析,给出了大信号、小信号情况下的检波特性。并利用高频电磁场仿真软件对检波滤波器进行了仿真分析,得到了该器件的S参数,给出实际测试结果。设计中使用混合集成工艺将整个系统包括耦合结构、检波滤波电路置于矩形腔体内,实现了部件的小型化、重轻化。     

槽栅结构SiC材料IGBT的仿真及优化分析

运用半导体物理理论和功率器件模拟软件（SILVACO-TCAD）,研究了新型宽禁带材料SiC槽栅结构IGBT功率半导体器件的电学特性,模拟了不同厚度和掺杂浓度漂移层和缓冲层的IGBT器件的阈值电压、开关特性和导通特性曲线,并分析了漂移层和缓冲层厚度及掺杂浓度对电学特性的影响。结果表明,当SiC-IGBT功率器件漂移层和缓冲层厚度分别为65 μm和2.5 μm,掺杂浓度分别为1×10¹⁵和5×10¹⁵cm^-3时,得到击穿电压为3400 V,阈值电压为8 V。     

4H-SiC紫外光光电晶体管模拟与分析

根据光电晶体管的物理机理和SiC材料参数,建立了4H-SiC紫外光电晶体管的数值模型,利用Silvco软件对其I-V特性和光谱响应等特性进行了模拟与分析;通过研究4H-SiC紫外光电晶体管不同结构尺寸下的光谱响应特性,对其各区掺杂浓度与厚度等参数进行优化设计。结果表明,优化后的光电晶体管光谱响应范围为200～380 nm,峰值波长为270 nm,相应的响应度为300A/W,而对可见-红外光的响应度均小于2 A/W,具有较高的紫外光分辨率,可以实现在较强的红外及可见光背景下有效地进行紫外光探测。     

4H-SiC基半超结VDMOSFET单粒子烧毁效应

4H-SiC半超结垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管(VDMOSFET)由于N型底部辅助层(NBAL)的引入,可以采用相对较小深宽比的超结结构,从而降低了制造工艺的成本与难度。利用器件仿真器Atlas建立了器件的二维仿真结构,对4H-SiC超结和半超结VDMOSFET的单粒子烧毁(SEB)效应进行了对比,随后研究了NBAL浓度变化对4H-SiC半超结VDMOSFET抗SEB能力的影响。结果表明,在相同漏电压下,NBAL导致半超结VDMOSFET在N-漂移区/N+衬底结处的电场峰值比超结VDMOSFET的电场峰值降低了27%。超结VDMOSFET的SEB阈值电压(VSEB)为920V,半超结VDMOSFET的VSEB为1 010V,半超结VDMOSFET的抗SEB能力提升了10%。随着NBAL浓度的逐渐增加,半超结VDMOSFET的抗SEB能力先增强后减弱,存在一个最优的NBAL浓度使其抗SEB能力最好。     

针-板型介质阻挡放电的光电特性

设计一种针-板型介质阻挡放电装置,在大气压下以空气/氩气混合作为工作气体,研究了在混合气体流动和不流动2种情况下介质阻挡放电的光电特性.利用玻尔兹曼法计算氮分子振动温度(Tv)和谱线相对强度比值法计算电子激发温度(T_exc),实验结果表明:输入功率(P)和Tv随外加电压(Ua)增加而增大,而Texc随Ua增加有减小的趋势;当Ua一定,气体流动时,P变大,Texc变小,而Tv基本不变.通过对高能电子与工作气体发生非弹性碰撞进行定性解释,对于大气压等离子体动力学行为的深入研究具有重要意义.     

雪崩光电二极管反向偏压电路设计及仿真

为解决雪崩光电二极管正常工作时需要的直流反向偏压问题,提出了利用电感式升压电路的设计方法.该方法利用开关管、单电感、电容、电阻对5V直流电进行升压,结合555芯片组成的压控振荡器产生频率信号,控制开关管的导通与关断,并利用反馈电路控制压控振荡器的频率,同时采用Multisim9进行仿真.仿真结果表明,当输入电压为5V时,输出电压为160.096 V且保持稳定不变,解决了雪崩光电二极管在正常工作时需要在阴极加上很高直流反向偏压的问题.     

基于ADAMS的双横臂式前悬架K&C特性的仿真分析

悬架的K&C特性直接影响操纵稳定性等汽车使用性能,文章利用软件ADAMS/CAR模块建立某开发车型的双横臂式前悬架多体动力学模型,通过对车轮分别施加位移和力约束进行悬架运动学分析和弹性运动学分析,从而获得车轮定位参数在2种特性下的变化,为该车前悬架及整车性能的改进提供指导依据。