下载文档原格式
西安电子科技大学硕士学位论文碳化硅MOSFET的高温模型及关键工艺研究姓名：韩茹申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：柴常春20060101摘 要作为第三代宽禁带半导体材料代表之一，碳化硅由于具有优越的电学、热学性质，因此在高温、高频及大功率场合下有广泛的应用前景。
本文对SiC MOSFET 器件的高温特性作了详细的研究，着重讨论了影响器件高温条件下输出特性的诸多因素，并就目前的工艺水平对SiC MOSFET 制作的关键工艺—欧姆接触进行了实验研究。
研究了SiC 中载流子“冻析效应”、沟道迁移率及本征载流子浓度等在不同温度下对SiC MOSFET 阈值电压的影响；源漏接触电阻及SiC 二极管反向饱和电流随温度的变化关系。
论文提出了一个带温度补偿的SiC MOSFET 解析模型。
该模型通过将阈值电压，体漏电流，源漏薄层电阻等在高温条件下对输出电流变化的影响等效为与源漏沟道并联的等效电流源。
通过对该模型仿真得到，高温条件下漏电流的变化主要是由阈值电压的变化引起的，同时体内缺陷的存在导致在漏-衬端Poole-Frenkel 效应明显，体漏电流不可忽略，并且随着温度的升高，其所占比例不断增大，逐渐成为Ids 的重要组成部分。
实验研究了SiC 欧姆接触工艺。
通过离子注入4H-SiC 和直接采用高掺杂4H-SiC 外延材料两种方法制备了欧姆接触，运用欧姆接触测试图形TLM 结构欧姆接触进行了测试，得到的比接触电阻分别为～10－5⋅Ωcm 2和～10－6⋅Ωcm 2。
关键词：碳化硅 补偿电流源 体漏电流 普尔-弗兰克效应 欧姆接触AbstractAs one of the so-called third generation semiconductor materials- Silicon Carbide, has very good electrical and thermal properties. These properties make SiC a preferred semiconductor for preparation of devices in the environments of high temperature, high frequency, and high power. In this thesis, our studies concentrated on the high temperature characteristic of SiC MOSFET, and the key process technology—ohmic contact have been investigated under the fabrication ability of our own.The relationship between threshold voltage and temperature are discussed by the study of carrier freeze-out effect, the channel mobility and the intrinsic concentration. And then, the temperature dependency of Source/Drain series resistance and SiC pn diode’s reverse leakage current are presented.An analytical model which accurately reproduces the I-V characteristics of SiC MOSFET in a wide temperature range is reported. The effects of temperature on the threshold voltage, channel mobility, the body leakage current, and the drain/source sheet resistances are studied as several compensating current elements. It includes the Gauss model of interface traps and the Poole-Frenkel effect in the body. The simulation results showed that the large variation of the threshold voltage results in a huge change in the drain currents, and the percent of body leakage current getting bigger with the increase of temperature due to the Poole-Frenkel effct caused by several traps, it gradually plays a major role in the total current.Two different methods have been used to fabricate SiC ohmic contact with Ti/Ni/Au and Ti/Pt/Au respectively. With the testing TLM structures, low specific contact resistances(～10-6⋅Ωcm2)have been achieved and secondary ion mass spectrometry (SIMS) is employed to examine the metal-semiconductor interface reaction.Key Words: Silicon Carbide compensating current elements body leakage current Poole-Frenkel effect ohmic contact创新性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
4H—SiC pn结二极管工作区的研究作者：王炯杰陈洁萌来源：《中国科技纵横》2016年第16期【摘要】基于碳化硅材料的优越性能，进行了4H-SiC pn结二极管正向工作区内电学特性和热学特性的模拟研究。
仿真分析表明4H-SiC pn结二极管具有高温稳定性，在温度达到600K时仍具有稳定的扩散区，压降在1.4V～1.9V区间，电流范围为10-8A～10-3A，理想因子n为1.7～1.8，明显优于Si二极管。
【关键词】 4H型碳化硅二极管扩散区理想因子近年来，以Si技术为基础的材料和器件的性能接近理论极限，因此宽紧带材料及器件逐渐成为半导体领域研究的重点。
例如发光二极管、太阳能电池，几乎都是基于pn结原理[1]。
因此研究SiC二极管，对于进一步研究和制作各种相关器件十分关键。
SiC二极管相比Si二极管的耐高压、耐高温、损耗低等优越性能，一直是研究者们关注的热点。
近年来一系列对SiC二极管的研究，均是从二极管的高温特性和掺杂浓度入手，对正向工作区的状态没有过深入研究。
本文针对4H-SiC pn结二极管不同温度下的工作区进行仿真，对比Si-pn结二极管，得出可供参考的数据，对选取4H-SiC pn结二极管适用扩散区范围达到理想工作状态有重要意义。
1 模型本文运用仿真软件建立了4H-SiC pn结二极管模型，为了反应SiC二极管的电学特性和温度特性，用到以下模型。
1.1 迁移率模型模拟采用了低电场的迁移率模型[2]：1.2 载流子产生-复合模型应用Shockley和Read以及Hall建立起来的效应理论，即SRH模型[2]：2 仿真与分析仿真采用的4H-SiC pn结二极管p+n-n结构。
器件衬底为掺杂n+，衬底上生长n型外延，厚度为3.8μm，浓度为1.0×1016cm-3。
其上再生长浓度为2.0×1019cm-3的p+型外延。
2.1 正向I-V特性二极管正向工作区由三部分组成：小电流区、少子扩散区、复合电流区。
西安电子科技大学硕士学位论文4H-SiC埋沟MOSFET击穿特性模拟研究姓名：夏杰申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：张义门20060101摘要碳化硅材料有着包括禁带宽、击穿电场大、电子饱和漂移速度快等等物理性质方面的优势，这决定了碳化硅材料在高温、高频、高辐射等这些相对极端的环境下发挥重要的作用。
同时，埋沟MOSFET（在SiO2/SiC界面注入一层N型掺杂层）的出现很好地避免了SiC/SiO2界面对载流子输运的影响。
为了更好地发挥碳化硅埋沟MOSFET在功率性能的优势和潜力，必须对器件的电学击穿特性进行较为深入的模拟研究。
本文的主要工作有：研究了4H-SiC埋沟MOSFET的基本结构模型及其参数，其中主要包括迁移率模型及其参数、不完全电离模型和碰撞离化模型，验证了器件的工作机理，讨论了器件的基本特性，验证了埋沟MOSFET相对传统MOSFET的优势；研究了4H-SiC埋沟MOSFET的高温特性。
为接下来讨论4H-SiC埋沟MOSFET的击穿特性奠定了基础。
为正确地模拟4H-SiC埋沟MOSFET的击穿特性，合理地设置了器件的深度和漏区的宽度。
介绍了4H-SiC埋沟MOSFET的基本击穿机理；比较了埋沟和传统MOSFET的击穿特性，埋沟器件的击穿电压大说明了它在高压器件方面具有一定的优势；讨论了4H-SiC埋沟MOSFET的各个结构参数对器件击穿特性的影响，包括埋沟沟道掺杂浓度、沟道深度、衬底掺杂浓度、氧化层厚度、场板等；最后，介绍了环境温度对器件击穿特性的影响等。
结果表明：4H-SiC埋沟MOSFET击穿电压随着栅压、沟道掺杂浓度、埋沟深度、氧化层厚度增大而增大；随着衬底掺杂浓度增大而减小；随着场板的出现而增大；另外，击穿电压随着温度的升高而增大。
这将对4H-SiC埋沟MOSFET在今后研究中起到指导作用。
介绍了4H-SiC埋沟MOSFET研制的最新实验情况。
实验测试表明所有器件的阈值电压都为正，说明器件都是增强型的；器件I-V特性都具有较好的线性区和饱和区;最高的有效迁移率约为90cm2/Vs。
电子技术Electronic Technology电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering 4H-SiC M O SFET交流特性的仿真和研究李国鑫(上海电力大学上海市200090 )摘要：本文通过二维数值模拟，从碳化硅M OSFET的结构中分离出P型和N型结构，同时考虑界面陷阱的影响，研究了 Si02/SiC界 面态密度对C/V曲线的影响。
关键词：4H-SiCM0SFET;态密度；施主陷阱受主陷阱电容1引言碳化硅（SiC)材料作为一种很有前途的材料，在过去的几年里 引起了广泛的关注，它经常用于制造高温和恶劣环境下的动力装置，即在高辐射和高功率的环境中有较为广泛的应用。
~传统半导体相 比，碳化硅有较宽的带隙，这对于陷阱的形成具有更大的电阻性。
由于Si02/SiC存在较高的界面态密度而导致了碳化硅器件的使用存 在一定的可靠性隐患，这极大阻碍了碳化硅功率器件的的广泛应用 m。
当设备运行时，由于陷阱和界面电荷的存在，当碳化硅基设备 处于辐射条件下时，存在被降解的风险。
为了利用碳化硅生产可靠 的功率器件，必须要研究无缺陷材料的可用性。
尽管这种材料的的 物理性质是未知的，但它对精确的器件模拟极为重要。
因此陷阱的 行为及其对设备性能和可靠性的影响依旧处于研宂中m。
此外，在 SiC材料中可以观察到器件物理的一些独特特性与宽禁带特性有关，但这些特性在S i中没有显示出来[31。
本文通过计算机辅助模拟技术，深入研究;了氮掺杂和铝掺杂MOS结构在不同界面态对交流特性的 影响。
最后解释/器件中栅偏置的长期存在的电不稳定性是陷阱与 界面电荷等其他因素导致的。
S o u rc e4H sicD ra in图1:碳化硅M O S结构2 4H-SiC M O S F E T器件结构为了深入理解4H-SiC MOSFET所涉及的基本现象，本文建立 了一个碳化硅功率器件，在此器件的基础上可以将器件分解为两种 不同的结构并且分别研究它们的交流特性，为了验证模型的是否正 确建立，首先仿真了碳化硅功率器件的阈值电压和转移特性，结构的发热功率P =p f i。
文章标题：深度解析SIC MOSFET沟道迁移率在当今科技快速发展的时代，功率器件的研究和应用成为了一个热门话题。
在功率器件中，SiC（碳化硅）MOSFET因其高功率密度、高工作温度和低导通损耗等特点，受到了广泛的关注和研究。
其中，沟道迁移率是SiC MOSFET的重要特性之一，直接影响着其性能和应用。
本文将从深度和广度两个方面对SiC MOSFET沟道迁移率进行全面评估，并结合个人观点和理解，撰写一篇有价值的文章。
1. 什么是SiC MOSFET沟道迁移率在开始深入讨论SiC MOSFET沟道迁移率之前，我们首先需要了解什么是SiC MOSFET以及沟道迁移率。
SiC MOSFET是一种基于碳化硅材料制成的金属氧化物半导体场效应晶体管，具有优异的性能和特点。
而沟道迁移率，则是评价场效应晶体管导电性能的重要参数之一，代表了载流子在场效应晶体管中的迁移速率。
2. SiC MOSFET沟道迁移率的影响因素SiC MOSFET沟道迁移率受多种因素的影响，主要包括材料性能、器件结构、工艺工艺等。
在材料性能方面，SiC的载流子迁移率较高，使得SiC MOSFET在高电压和高频率下表现出色。
而在器件结构和工艺方面，沟道长度、接触电阻、通道掺杂浓度等都会对沟道迁移率产生影响。
3. SiC MOSFET沟道迁移率的应用与展望SiC MOSFET沟道迁移率的提高将直接促进器件性能的提升，提高耐压和响应速度。
在电力电子、新能源、电动汽车等领域，SiC MOSFET 因其高效、小型化等特点已经得到了广泛的应用。
未来，随着SiC材料制备工艺和器件设计的进步，SiC MOSFET沟道迁移率有望进一步提升，推动功率器件领域的发展。
总结回顾通过对SiC MOSFET沟道迁移率的深入了解，我们可以发现其在功率器件中的重要性以及影响因素和应用前景。
SiC MOSFET沟道迁移率的研究不仅有助于提高器件性能和应用范围，也为推动功率器件领域的发展提供了新的可能性。
不同温度下的表面粗糙度对4H-SiC MOSFETs迁移率的影响(英文)周郁明;陈伟伟【期刊名称】《固体电子学研究与进展》【年(卷),期】2014(34)5【摘要】在制造4H-SiC MOSFETs过程中,超过1 500℃的高温退火用来激活被注入的离子。
经常在4H-SiC表面会涂上一层碳膜来进行保护,以此期待4H-SiC MOSFETs取得好的电特性。
基于前期4H-SiC MOS电容的实验结果,采用计算机模拟研究了不同温度条件下的表面粗糙度对4H-SiC MOSFETs沟道迁移率的影响。
结果表明,在较高的栅压下,限制沟道迁移率的主要机制是表面粗糙度散射,然而,表面粗糙度数值的大小对迁移率的影响不大。
结果同时表明,迁移率的峰值会随着温度的增加而增加,然而,对于更高的温度,峰值会随着温度的继续增加而减小。
【总页数】6页(P415-419)【关键词】4H-碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管;表面粗糙度;温度依赖;场效应迁移率;计算机模拟【作者】周郁明;陈伟伟【作者单位】安徽工业大学电气与信息工程学院【正文语种】中文【中图分类】TN386.1;TN432【相关文献】1.线性区工作模式下沟道中的载流子迁移率和温度梯度如何影响功率MOSFET的温度系数（TC）：理论研究、测试和仿真 [J], 张彦飞（译）;游雪兰（译）;吴郁（译）2.基于先进迁移率模型的4H-SiC MOSFET Spice模型研究 [J], 周郁明;李勇杰;鲍观甲;刘航志3.SiO_2/SiC界面对4H-SiC n-MOSFET反型沟道电子迁移率的影响 [J], 徐静平;吴海平;黎沛涛;韩弼4.氮离子注入提高4H-SiC n-MOSFET沟道迁移率的分析（英文） [J], 周郁明;李勇杰5.4H-SiC隐埋沟道MOSFET迁移率的研究(英文) [J], 郜锦侠;张义门;张玉明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
碳化硅MOSFET的高温模型及关键工艺研究碳化硅MOSFET是一种高温工作的电子器件，在一些高温环境和高功率应用中具有重要的应用价值。
在设计和研究碳化硅MOSFET时，需要考虑其高温特性以及关键的工艺参数。
本文将从碳化硅MOSFET的高温模型和关键工艺两方面进行论述。
首先，碳化硅MOSFET的高温模型是研究和分析器件在高温环境下的电学特性的重要工具。
在高温下，电子设备的性能会受到温度的影响，例如电流漏失、功率损耗等。
因此，需要建立一种准确的模型来描述碳化硅MOSFET在高温下的工作情况。
1.热阻模型：考虑到碳化硅MOSFET在高温环境下可能会产生热损耗，需要建立热阻模型来分析和评估温度的分布情况，以及热对器件性能的影响。
2.漂移效应模型：由于高温下电子的漂移速度增大，导致电子在通道中的迁移效应增强。
因此，需要考虑漂移效应对MOSFET的影响，并建立合适的模型进行分析。
3.载流子浓度模型：在高温下，载流子浓度的变化会对电流特性产生较大影响。
因此，需要建立合适的载流子浓度模型，来描述载流子浓度随温度变化的规律。
其次，碳化硅MOSFET的关键工艺研究也是提高器件性能和可靠性的关键。
碳化硅MOSFET的关键工艺主要包括以下几个方面：1.材料制备工艺：碳化硅MOSFET的性能受到材料质量的影响。
因此，需要进行合适的材料制备工艺研究，以获得高质量的碳化硅材料。
2.界面工艺：碳化硅MOSFET的界面质量对器件性能有很大影响。
需要研究适合碳化硅材料的界面工艺，以获得低损耗和高流动度的器件。
3.接触电阻工艺：接触电阻是器件性能的重要指标之一、需要进行接触电阻工艺研究，以实现低电阻和高可靠性的接触。
4.通道工艺：碳化硅MOSFET的通道制备工艺对器件的漂移效应和载流子浓度分布都有重要影响。
因此，需要研究合适的通道工艺，以实现良好的通道电学特性。
综上所述，碳化硅MOSFET的高温模型和关键工艺研究是提高器件性能和可靠性的重要措施。
两种新颖结构4H-SiC功率MOSFET的模拟与性能分析的开题报告一、选题背景和目的：随着半导体技术的不断发展，功率器件发挥着越来越重要的作用。
4H-SiC功率MOSFET作为一种新型的高性能功率器件，因其优越的电气性能和物理特性而备受瞩目。
本次选题旨在模拟两种新颖结构的4H-SiC功率MOSFET，并对其性能进行分析，为该领域的研究提供一定的参考。
二、研究内容和方法：本研究将选取两种4H-SiC功率MOSFET的新颖结构进行建模，并采用Silvaco TCAD进行模拟仿真，研究其电学性能和物理特性。
主要研究内容包括：1、两种新颖结构的4H-SiC功率MOSFET的结构设计和组装方案；2、基于Silvaco TCAD软件的模拟参数设置、仿真结果分析及优化；3、对两种新颖结构的4H-SiC功率MOSFET进行性能测试，包括开关特性、导通损耗、阻抗特性等方面的测试，并与传统的4H-SiC功率MOSFET进行比较分析；4、对两种新颖结构的4H-SiC功率MOSFET进行电热特性测试，包括热阻、热膨胀系数等方面的测试，并对其散热性能进行评估。
三、预期成果和意义：本研究主要的预期成果有：1、成功建立两种新颖结构的4H-SiC功率MOSFET的模型，并开展了基于Silvaco TCAD的模拟仿真，分析了其电学性能和物理特性，为该领域研究提供了一定的参考和支撑；2、对两种新颖结构的4H-SiC功率MOSFET进行性能测试和电热特性测试，获得了其开关特性、导通损耗、阻抗特性、热阻、热膨胀系数等方面的测试数据，同时对散热性能进行了评估；3、对两种新颖结构的4H-SiC功率MOSFET的模拟数据和测试结果进行分析，与传统的4H-SiC功率MOSFET进行比较，探究其适用范围和性能优越性，为研究和应用提供了一定的参考和指导。
本研究的意义主要体现在以下几个方面：1、深入了解4H-SiC功率MOSFET的性能特点和物理特性，为全球半导体产业的发展做出贡献；2、对4H-SiC功率MOSFET的新颖结构进行研究，拓展了该领域的研究视角，为功率器件研究提供了有益的启示；3、通过模拟仿真和测试分析，探讨4H-SiC功率MOSFET的性能和优势，为其在工业制造和应用方面提供理论支撑和技术指导。
