1200V碳化硅功率二极管设计

I摘要 碳化硅材料作为第三代宽带隙半导体材料,具有高临界击穿电场、高热导率、高电子饱和漂移速率等特点,在高温、高频、大功率、抗辐射等领域,尤其是高温或强腐蚀性等恶劣环境中具有巨大的应用潜力。在 SiC 众多多型体中,4H-SiC 以其禁带宽度大(3.2eV)、迁移率高(900cm2/Vs)和各向异性比较小等优越性能而被认为更适合于制造大功率高反压电子器件。在高压输电、高频电路和微波领域,具有高功率、高温及高可靠的 4H-SiC-SBD 二极管具有广阔的应用前景，它具有击穿电压高、导通电阻低、开关速度快和耐高温等优点，在国民经济和军事等很多领域有着广泛的应用前景，电力电子领域是其最具代表性的工程领域本文在充分了解国内外功率器件耐高压和电热效应方面研究现状的基础上，利用专业软件设计出 4H-SiC-SBD 二极管，合理利用了迁移率模型、碰撞电离模型、复合模型和其他相关模型，在设计出二极管材料层和电极结构的基础上，仿真出器件的电极结构、材料层结构和器件电场分布、电势分布、 I-V 特性、击穿特性，提取出击穿电压，比较不同尺寸结构与器件性能关系。通过调整二极管结构、改变漂移区厚度、外延层掺杂浓度和模型参数等等，使 SiC-SBD 二极管正向压降降低、功耗较小，可靠性高，并且击穿电压可达到 1200V 左右，进一步提高二极管的耐压特性和其他性能。关键词：肖特基二极管，I-V 特性，击穿电压IIAbstract As the third generation broadband gap semiconductor material, silicon carbide (SiC) has the characteristics of high critical breakdown electric field, high thermal conductivity and high electron saturation drift rate. It has great application potential in high temperature, high frequency, high power, radiation resistance and other fields, especially in high temperature or strong corrosive environment. Among the many polymorphs of SiC, 4H-SiC is considered to be more suitable for manufacturing high-power high-voltage electronic devices because of its advantages of wide bandgap (3.2eV), high mobility (900cm2/Vs) and low anisotropy. In the fields of high voltage transmission, high frequency circuit and microwave, 4H-SiC-SBD diode with high power, ...