碳化硅JBS器件的制造与测试研究

作     者：吴晨曦 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贾仁需;乐立鹏

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：碳化硅JBS二极管 温度特性 封装热阻测试 可靠性试验 

摘      要：随着大功率和高辐射等应用中显示出巨大的材料优势和广阔的应用前景,因此非常适合制作电力电子功率器件。与传统的硅基材料和器件相比,它们具有许多优越的特性,并且这些优势会在未来几年中在全球市场变得越来越明显。其中,4H-Si C JBS功率二极管是目前商业化最成熟、增长最快的Si C功率器件,具有了一定的应用和研究基础。这种结构包含了肖特基势垒二极管和结势垒肖特基二极管,因而具有了这两种二极管共同的优越性能,例如,具有高反向耐压、低开启压降、低泄漏电流、较高的频率特性等能力。国外对于Si C JBS二极管已经有了诸多报道,并且再近些年有了长足的发展,而国内对于Si C功率器件的报道相对较少。本文主要是在以下几个方面对4H-Si C JBS功率二极管的封装热阻测试和不同工作温度下电学特性参数以及不同的可靠性试验下参数的测试做出了针对性的研究,下面为主要研究内容:(1)系统地阐述了SBD、Pi N和JBS二极管的工作原理(包括正、反向特性等),其中根据JBS二极管的工作原理,更加深入地研究了器件正向特性、反向耐压特性以及温度特性等,这为后续二极管在不同温度下电学特性参数的测试提供了理论基础。然后描述了JBS二极管流片的工艺流程、工艺难点以及带来的主要缺陷,包括三角形缺陷、微管、位错等。(2)研究器件封装的分类,其中着重研究了功率器件封装设计、流程以及影响封装的关键因素,包括散热片、锡膏、引线、塑封材料等。然后对待测器件进行热阻测试,通过试验设备测试出它的壳温、结温等可以计算出热阻,在测试结果中可以发现,当耗散功率提高时,结、壳温度会不同程度的上升,结温T上升的度很慢,而壳温T上升的速度相对能快点。同时还可以观察出结-壳热阻也在随着耗散功率的增长而增加,但是也还有一些测试结果偏离了它的理论值,导致图像一些数据的偏离,可能是由试验设备或者芯片大小等一系列因素影响的。最后将我们测试热阻的结果与国际知名公司Cree的器件测试结果作比较,发现与我们的散热效果一致。(3)对待测器件进行电学特性测试,其中包括正向导通特性和反向阻断特性中不同工作温度下的I-V曲线测试,以及肖特基势垒高度、理想因子和导通电阻参数的提取,并对测试结果进行分析。然后对待测器件进行可靠性试验,包括预处理、温度循环、高温高压反偏试验、高压蒸煮试验,测出每个试验正向压降和反向漏电流的参数值,通过参数的变化率来说明待测器件的正、反向变化情况,其中发现正向特性基本保持稳定不变,而反向特性受试验影响较大,其中在预处理和高温反偏试验中,反向漏电流I会比试验前有所增加,尤其是高温反偏试验中增加幅度特别大;而在温度循环和高压蒸煮试验中,反向漏电流I会比试验前有所降低。