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《4h-sic雙外延基區(qū)雙極晶體管模型和實驗的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、摘要以碳化硅(SiC)材料為代表的第三代寬帶隙半導體材料具有寬帶隙、高臨界擊穿電場、高熱導率、高載流子飽和漂移速度等特點，非常適合制作高溫、高壓、大功率、抗輻照等半導體器件。其中4H．SiC材料以其優(yōu)越的特性而被廣泛采用。在功率半導體器件中，4H—SiC雙極晶體管(BJTS)作為一種雙載流子工作器件，越來越受到人們的重視，國內(nèi)外的許多科研機構已經(jīng)相繼展開了從器件結構到工藝實驗等各方面的研究。本論文基于4H．SiC的材料特性和器件基本工作原理，創(chuàng)造性的提出了一種新型的雙外延基區(qū)4H．SiC雙極晶體管結構，其中基區(qū)結構采用連續(xù)二次外延的方式形成，同時對其結構參數(shù)進行了模擬研究和解析計算，
2、最后按照優(yōu)化后的設計結構進行了投片實驗。研究成果和創(chuàng)新性內(nèi)容主要包括以下幾個方面：1．4H．SiC材料的模型參數(shù)及雙極晶體管的工作機理研究。對4H．SiC材料的基本特性進行了研究，建立了能帶模型、遷移率及不完全離化等材料模型，并闡述了各模型參數(shù)關于溫度的變化關系。同時，對雙極晶體管的基本工作原理進行了分析，計算了包括共發(fā)射極電流增益、擊穿電壓、基區(qū)渡越時間等器件參數(shù)，并從理論上分析了影響雙極晶體管直流特性的幾個關鍵因素。2．4H—SiC雙外延基區(qū)雙極晶體管的基區(qū)渡越時間研究。為了提高雙極晶體管的電流增益，基于其電流傳輸過程，創(chuàng)造性的提出并設計了一種新型的雙外延基區(qū)雙極晶體管。依據(jù)漂移
3、擴散理論，求解了該結構器件的基區(qū)渡越時間龜?shù)慕馕霰磉_式，并根據(jù)該解析模型，對該雙極晶體管的基區(qū)結構進行了重點研究，依據(jù)正交實驗結果，針對包括摻雜濃度及厚度在內(nèi)的多個參數(shù)進行了優(yōu)化設計。研究結果表明，結構優(yōu)化后的雙外延基區(qū)內(nèi)部所產(chǎn)生的自建電場對于提高器件的直流增益有明顯的作用，增益可提高至70以上。3．4H—SiC雙外延基區(qū)雙極晶體管的結終端結構研究。以提高器件擊穿電壓為目的，器件結構設計中引入了多種不同的結終端結構，通過模擬計算對不同結終端結構的參數(shù)進行了優(yōu)化設計，包括摻雜濃度、離子注入深度、注入劑量和能量的計算等。研究結果表明，優(yōu)化后的結終端能夠明顯減弱集電結臺面拐角處的電場強度，
4、從而有效提高擊穿電壓，結構優(yōu)化后的擊穿電壓可達2400V，較之前提高了一倍以上。同時，影響器件特性的多個參數(shù)諸如基區(qū)歐姆接觸距離發(fā)射區(qū)臺面的距離、集電極漂移區(qū)的結構參數(shù)等也進行了研究。4．在對4H．SiC雙外延基區(qū)雙極晶體管研究的基礎上，又創(chuàng)造性的對兩種其他結構的晶體管進行了結構研究，分別為緩變基區(qū)雙極晶體管和金屬發(fā)射極雙極晶體管，通過對基區(qū)摻雜指數(shù)分布條件下基區(qū)渡越時間的計算以及對肖特基接觸理論的研究，重點模擬了這兩種結構晶體管的共發(fā)射極電流增益及擊穿電壓特性，并對不同溫度條件下的器件特性進行了模擬計算。5．4H．SiC雙外延基區(qū)雙極晶體管的實驗研究。依照前述的理論研究成果，論文最
5、后對器件進行了版圖設計并投片實驗，提出了一種改進的控制發(fā)射區(qū)臺面ICP刻蝕精度的方法，優(yōu)化工藝參數(shù)，最后對器件的電學特性如共發(fā)射極電流增益、歐姆接觸電阻、擊穿電壓等特性進行了測試。測試結果顯示當ic=28．6mA(Jc=183．4從m2)時，共發(fā)射極電流增益臚16．8，并隨著集電極電流密度的增加先增大后減小。比導通電阻R。D枷為32．3Im·cm2，基極開路擊穿電壓BVCEO約為410V。關鍵詞：4H．SiC雙極晶體管雙外延基區(qū)基區(qū)渡越時間電流增益比導通電阻擊穿電壓歐姆接觸AbstractSiliconCarbide(SiC)，the“rdgeneration、析debandgaps
6、emiconductormaterial，hasoutstandingpropertiessuchaswidebandgap，highcriticalbreakdownfield，higherthermalconductivity，andhighelectronsaturationdriftvelocity，anditisparticularlysuitableforfabricationofdevicesoperatedinhightemperature，highvoltage，hi曲power,andhi曲radiationenvironment．Amongthedifferen
7、tpolytypes，4H—SiChasbeenextensiveadoptedduetoitspredominantcharacteristics．Amongthehighpowerdevices，4H—SiCBipolarJunctionTransistors(BJTs)havebeenasubjectofmoreandmorestudy，sincepowerBJTsbasedon4H—SiCepilayercouldeliminatethefatal
