發(fā)布時(shí)間：2019-05-25 01:20

【摘要】：相比于傳統(tǒng)硅(Si)材料,碳化硅(SiC)因其更寬的禁帶寬度(3.26eV)、更高的熱導(dǎo)率和更高的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng),在大功率開(kāi)關(guān)電路和電力系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。SiC功率器件最突出的性能優(yōu)勢(shì)在于其高壓、高頻和高溫工作特性,可以有效地降低電力電子系統(tǒng)的功率損耗。目前,國(guó)際上多數(shù)行業(yè)領(lǐng)先的半導(dǎo)體器件廠商,已在SiC MOSFET器件產(chǎn)品化道路上取得了巨大進(jìn)展�，F(xiàn)階段,商用SiCMOSFET產(chǎn)品絕大多數(shù)為N溝道平面垂直結(jié)構(gòu),且多家公司已推出了更新的SiCMOSFET產(chǎn)品,其應(yīng)用前景被寄予了很大希望。與此同時(shí),平面垂直型SiCMOSFET的柵極界面態(tài)和由此引發(fā)的溝道電子遷移率低的問(wèn)題,一直是限制SiC MOSFET廣泛應(yīng)用的主要原因。在進(jìn)行SiC MOSFET工藝設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),前期理論研究多依賴(lài)于仿真軟件進(jìn)行物理建模,然而實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往與仿真有較大差距,其主要原因是仿真中未加入準(zhǔn)確的SiCMOSFET界面態(tài)模型,以及反型層的遷移率模型不準(zhǔn)確。因此,針對(duì)SiC MOSFET的行業(yè)發(fā)展和理論研究方面的這些問(wèn)題,本論文對(duì)SiC MOSFET進(jìn)行了研究和探討,主要包括以下內(nèi)容:通過(guò)對(duì)Cree公司三代SiC MOSFET器件在-160℃C至200℃C溫度下進(jìn)行測(cè)試,提取出了每代器件在不同溫度下的閾值電壓、導(dǎo)通電阻等特征參數(shù)。分析比較了三代產(chǎn)品閾值電壓、導(dǎo)通電阻隨溫度的變化趨勢(shì),以及不同溫度下導(dǎo)通電阻與柵極電壓的關(guān)系。運(yùn)用建立物理模型的方法,對(duì)三代產(chǎn)品閾值電壓、導(dǎo)通電阻的各組成部分與溫度的關(guān)系進(jìn)行了比較研究。解釋了 SiCMOSFET的閾值電壓的溫度變化率隨產(chǎn)品更新而逐代降低的原因,是柵極Si02/SiC界面存在的界面態(tài)密度在逐代的下降。選用Silvaco公司的Atlas TCAD器件仿真軟件,對(duì)所研究的4H-SiC MOSFET器件進(jìn)行物理模型的建立。重點(diǎn)研究了 SiC MOSFET器件的遷移率模型的選擇及參數(shù)設(shè)定,以及SiC MOSFET中Si02/SiC界面態(tài)模型的參數(shù)設(shè)定。仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的SiC MOSFET的特性隨溫度的變化較符合。
[Abstract]:Compared with the traditional silicon (Si) material, silicon carbide (SiC) has a wider band gap (3.26eV), higher thermal conductivity and higher critical breakdown field strength. In the field of high power switching circuit and power system application, the most outstanding performance advantage of sic power device is its high voltage, high frequency and high temperature working characteristics, which can effectively reduce the power loss of power electronic system. At present, most of the leading semiconductor device manufacturers in the world have made great progress on the road of SiC MOSFET device production. At present, most of the commercial SiCMOSFET products are N-channel plane vertical structure, and a number of companies have launched updated SiCMOSFET products, its application prospect has been placed in great hope. At the same time, the gate interface state of planar vertical SiCMOSFET and the low channel electron mobility caused by it have always been the main reasons for limiting the wide application of SiCMOSFET. In the process and structure design of SiC MOSFET, most of the previous theoretical research depends on the simulation software for physical modeling. However, the actual experimental results are often quite different from the simulation results. The main reason is that the accurate SiCMOSFET interface state model is not added to the simulation, and the mobility model of the inversion layer is not accurate. Therefore, in view of these problems in the industry development and theoretical research of SiC MOSFET, this paper studies and discusses the SiC MOSFET. The main contents are as follows: by testing the third generation SiC MOSFET devices of Cree Company at the temperature of-160C to 200C, the threshold voltage and on-resistance of each generation of devices at different temperatures are extracted. The variation trend of threshold voltage and on-resistance with temperature, as well as the relationship between on-resistance and gate voltage at different temperatures are analyzed and compared. By using the method of establishing physical model, the relationship between temperature and threshold voltage, on-resistance and temperature of the third generation products is compared and studied. It is explained that the temperature change rate of the threshold voltage of SiCMOSFET decreases generation by generation with the renewal of the product, which is due to the decrease of the interface state density at the gate Si02/SiC interface. The Atlas TCAD device simulation software of Silvaco Company is used to establish the physical model of the 4H-SiC MOSFET device studied. The selection and parameter setting of mobility model of SiC MOSFET devices and the parameter setting of Si02/ sic interface state model in SiC MOSFET are studied in detail. The simulation results are in good agreement with the experimental results of SiC MOSFET with the change of temperature.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TN386

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本文編號(hào)：2485362