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具有弧形台面的电荷调制jte终端结构的优化设计

具有弧形台面的电荷调制JTE终端结构的优化设计

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作者：王雅芳西安理工大学

学位级别：硕士

4H-SiC材料具有宽禁带,高临界击穿电场强度,高热导率等优点,适宜于制备高压晶闸管。由于SiC材料缺陷会限制芯片尺寸,SiC晶闸管只能形成方片管芯结构,而非Si晶闸管圆片结构,因此在SiC晶闸管中难以直接采用Si晶闸管斜角终端结构。在SiC高... 详细信息

4H-SiC材料具有宽禁带,高临界击穿电场强度,高热导率等优点,适宜于制备高压晶闸管。由于SiC材料缺陷会限制芯片尺寸,SiC晶闸管只能形成方片管芯结构,而非Si晶闸管圆片结构,因此在SiC晶闸管中难以直接采用Si晶闸管斜角终端结构。在SiC高压器件中场限环因所需终端面积较大,刻蚀型jte对刻蚀精度要求较高,多采用台面离子注入型jte复合型结构来实现终端保护,但传统离子注入型jte结构击穿电压对jte中掺杂剂量变化较为敏感,且均未考虑台面弧度变化对器件击穿电压影响,针对该两点问题,本文通过商用仿真软件在高压4H-SiC晶闸管上对弧形台面电荷调制jte复合型终端结构进行研究与改进,从而提高器件击穿电压对jte掺杂剂量变化的耐量,并研究台面弧度变化对器件击穿特性影响。主要研究内容及结果如下:1.对弧形台面jte复合型终端结构进行研究及优化。仿真结果表明单区jte终端结构击穿电压对jte中掺杂剂量较敏感,增加jte区域数量能有效降低敏感度,优化后的弧形台面三区jte终端结构击穿电压能实现9500V（约理论击穿电压的93.2%）以上的jte掺杂剂量窗口宽度可达11.2×1012 cm-2。2.2.对弧形台面电荷调制jte终端结构进行改进与机理分析。针对上述弧形台面三区jte复合型终端结构掺杂剂量窗口仍不够宽的问题,采用在jte3区内加入调制环并将jte3末端部分区域转化为调制环的方法来缓解电场集中现象。与弧形台面三区jte复合型终端相比,改进后的终端结构击穿电压能实现9500V（约理论击穿电压的93%）以上的掺杂剂量窗口宽度由11.2×1012cm-2扩大至19.2××1012 cm-2,提高了 71.4%。3.研究了 SiC/SiO2界面电荷及γ福照对终端耐压特性的影响。仿真结果表明SiC/SiO2界面负电荷对器件击穿电压影响较大,界面正电荷对器件击穿电压影响较小。对于改进型电荷调制jte,当界面负电荷面密度为8× 1812cm-2时,击穿电压由9669V退化为8702V。辐照对单区jte终端影响较大,当辐照剂量为600krad时,击穿电压由9069V上升到9563V,上升了 5.4%,但对改进型终端结构击穿电压影响较小,由9669V到9595V,仅降低了 0.7%。

关键词： 4H-SiC 弧形台面 jte 离子注入 jte掺杂剂量窗口

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