一、4H-SiC肖特基势垒二极管温度特性研究（论文文献综述）
马跃,黄玲琴,邓旭良,朱靖[1]（2022）在《SiC肖特基二极管势垒不均匀分布理论与研究进展》文中研究表明碳化硅（SiC）半导体具有宽禁带、高临界击穿电场、高热导率等优异的性能,在高温、高频和大功率器件领域具有广阔的应用前景.SiC肖特基二极管是最早商用化的SiC器件,然而,由于决定金属接触性能的肖特基势垒无法得到有效控制,高性能的SiC欧姆接触和肖特基接触制备仍然是SiC肖特基二极管研制中的关键技术难题.基于此,首先对金属/半导体肖特基接触势垒理论和载流子运输机制做了系统分析,根据金属/SiC接触实验中呈现的非理想电学特性,引出SiC肖特基二极管势垒不均匀分布问题;然后对分析势垒不均匀分布的平行传导模型、高斯分布模型、Tung模型、双势垒模型等进行讨论,用各模型分析金属半导体接触呈现的非理想电学特性.接着针对各模型分别综述了SiC肖特基二极管势垒不均匀分布研究的重要进展,探究势垒不均匀分布的形成原因及影响因素;最后,对金属/SiC接触势垒不均匀分布未来的研究方向进行了展望,要进一步提高SiC肖特基二极管的性能及稳定性,金属/SiC接触界面势垒不均匀分布形成机理、电流输运特性及其相互关系还有待进一步深入.
姜玉德[2]（2021）在《4H-SiC JBS二极管的设计与应用研究》文中认为碳化硅（Silicon Carbide,SiC）作为第三代半导体的代表,具有宽禁带、高临界击穿电场、高电子迁移率和高热导率等特性,是制作功率器件的理想材料。相较于传统硅（Silicon,Si）基功率器件,SiC器件可以缓解导通电阻和击穿电压之间的矛盾,满足电力电子系统对高功率密度、高开关频率以及低散热的要求。自2001年首次推出商用SiC二极管至今,SiC器件一直处于高速发展阶段,其中原子排列周期为4层的六方晶格结构碳化硅（4H-SiC）结势垒肖特基（Junction Barrier Schottky,JBS）二极管是目前应用最广泛的SiC器件,具有高开关速度、低导通阻抗、低反向恢复电流等优点,可以显着提高电力电子系统的性能。然而,4H-SiC JBS二极管的击穿电压容易受到终端区域界面电荷的影响,因此二极管的终端结构设计非常重要,并且器件在高温、高压和高湿等应力下出现的电学特性退化现象也亟待解决。基于此,本文对4H-SiC JBS二极管的结构设计、可靠性和应用开发等方面展开理论研究和实验探索,主要研究内容可归纳如下。1.设计了1200 V 4H-SiC JBS二极管的结构并开展了仿真研究。首先,通过理论计算选择了掺杂浓度为8×1015 cm-3、厚度为10μm的外延层;然后,利用Silvaco软件对4H-SiC JBS二极管的正反向特性进行仿真研究,确定了元胞区的最优结构;最后,设计了JBS二极管的两种终端结构,即结终端扩展（Junction Termination Extension,JTE）和场限环（Filed Limiting ring,FLR）。针对这两种终端结构展开了如下研究:1)分析了JTE结构的横向长度、注入剂量与击穿电压之间的关系,并讨论了4H-SiC/SiO2界面电荷对终端电场分布的影响,当电荷密度大于1×1012 cm-2时,器件的击穿电压下降趋势明显;2)分别研究了等间距FLR结构和缓变间距FLR结构,设计参数主要为环间距和环个数,仿真结果表明等间距FLR的终端效率较低。在考虑界面电荷的影响下,确定了24环缓变间距FLR结构,当界面电荷密度在1×1012 cm-2～7×1012 cm-2之间时,该结构的击穿电压保持不变。2.制备了4H-SiC JBS二极管系列样品并分析了其电学输运机制。基于仿真研究结果,优化了高温离子注入、碳膜溅射和欧姆接触等关键工艺条件,对4H-SiC JBS二极管进行了流片测试。基于FLR结构JBS二极管的变温正向电流-电压（I-V）测试结果,详细阐述了4H-SiC JBS二极管随着导通电流增加,正向导通由热发射机制过渡到双极导电机制的过程。通过反向I-V曲线发现,反向电流与温度和电压具有强依赖关系,小偏压下由肖特基效应主导;随着电压的增加,反向漏电由热场发射机制主导。3.开展了4H-SiC JBS二极管的可靠性实验并分析了器件失效原因。针对FLR结构的4H-SiC JBS二极管设计了四种老化实验,以评估器件在高温、高湿、功率负载等条件下的长期可靠性。在浪涌实验中,对二极管施加单次正弦半波的电流脉冲,脉冲宽度为10 ms,发现二极管能承受的最大浪涌电流为115 A。在高温高湿反偏实验中,在对二极管施加600 V偏压的前提下,将其置于高温高湿环境中1000小时,老化结束后发现一颗器件的击穿电压下降到900 V左右,利用扫描电子显微镜、激光光束诱导电阻变化进行失效分析。在间歇寿命（IOL）老化实验中,经过3000次功率循环后,二极管的各项参数保持稳定。在温度循环（TC）实验中,将器件分别置于175℃和-55℃的环境中15分钟,随着循环次数的增加,部分器件的正向压降明显上升,通过反射式扫描声学显微镜发现失效器件出现了严重分层。4.研究了4H-SiC JBS二极管在Boost型功率因数校正（Power Factor Correction,PFC）电路中的应用。相较于传统的Si基快恢复二极管（Fast Recovery Diode,FRD）,4H-SiC JBS二极管可以有效提高PFC电路的性能。利用制备的器件搭建了Boost PFC样机分别对两者进行测试,电路开关频率为50 kHz。测试结果显示,当输出功率为1000 W时,相比于传统的Si FRD,使用SiC JBS的整机效率由97%提升至98.13%;当输出功率从400 W变化到1000 W时,Si FRD的工作温度从36.2℃升至96.6℃,而SiC JBS的温度仅仅从27.8℃升至47.8℃,表明SiC JBS对提升PFC电路的性能具有明显优势。
郑丽君[3]（2021）在《基于6H-SiC MPS二极管迅回效应研究分析》文中认为随着电力电子技术的快速发展,以碳化硅（SiC）为材料的第三代宽禁带半导体大功率电力电子器件迅猛发展。SiC以其卓越的机械、化学、物理、热学以及电学特性被广泛应用于驱动逆变器、电源、绿色能源汽车、军事、核工业以及航空航天等方面。SiC二极管是结构简单应用最广泛的功率器件,而混合肖特基/PIN二极管（MPS）是典型的双极型,兼具肖特基二极管（SBD）低导通压降、快速转换和PIN二极管高击穿、低漏电流等优势,但单极模式至双极模式的过渡较为复杂,会出现迅回效应,即电路中出现负阻效应,电路必然会出现振荡,并且导致电路抗浪涌能力减弱,严重时热击穿失效,故抑制迅回效应尤为重要。本文以6H-SiC MPS为研究对象,通过理论建模、结构设计、结构参数与工艺参数的数值仿真等方式,对MPS二极管的正向导通、正向迅回效应以及反向开关特性进行多方面、系统性研究和探讨。主要内容如下:（1）理论建模,从简化模型出发,理论上分析MPS二极管的工作原理以及设计依据。（2）结构设计,基于理论建模,对MPS的P+区、漂移区、衬底区以及其他元胞参数设计,包括区域厚度、宽度、占比、掺杂浓度、接触金属等。（3）数值仿真,基于Silvaco软件,选择合适的物理模型对MPS的正向、反向性能仿真。采用单一变量控制法分别对金属功函数、温度、P+结结深以及肖特基区WS占比进行仿真,探究其对正向迅回效应的影响,考虑能否有效的抑制或消除迅回效应,同时折衷反向恢复特性。通过理论建模与数值仿真,得到以下分析结果:（1）利用金属功函数验证6H-SiC MPS二极管中存在双势垒效应,且势垒不均匀分布。金属功函数增大,开启电压增大,转折电压降低,可以很好的抑制迅回效应。（2）温度升高,正向偏置下,开启电压和转折电压均降低,可以抑制迅回效应;反向偏置下,反向恢复峰值电流增大,开关时间增大,但软恢复能力下降。（3）P+结结深增大,正向偏置下,开启电压增大,但转折电压降低,可以削弱迅回效应,不能完全抑制;反向偏置下,反向恢复峰值电流增大,软恢复能力下降,设计时需结合实际工艺水平,综合考虑。（4）WS占比增大,正向偏置下,开启电压下降,但转折电压增大,会加剧迅回效应的产生;反向偏置下,反向恢复峰值电流下降,软恢复能力增加。本文探究金属功函数、温度、P+结结深以及肖特基区WS占比对6H-SiC MPS的迅回效应的影响,并分析了肖特基区域中央垂直轴线、P+N-结区域垂直轴线以及P+N-结结深处横向扩散区域上转前、转时、转后的空穴载流子的浓度分布。同时折衷考虑反向恢复特性,通过优化结构参数和工艺参数,削弱或抑制迅回效应,可显着提高器件的抗浪涌能力、系统的稳定性和可靠性。
石建军[4]（2020）在《CuGaxOy/β-Ga2O3异质结及(AlxGa1-x)2O3薄膜的制备与特性研究》文中提出第三代半导体材料具有禁带宽度大和击穿场强高等优点,因此在紫外探测和电力电子方面具有巨大的发展前景和研究意义。尤其是β-Ga2O3材料高达4.9eV的禁带宽度和8 MV/cm的击穿场强,是制备紫外探测器和电力电子器件的理想材料。然而,基于β-Ga2O3材料金属-半导体-金属（MSM）型和肖特基型的紫外探测器存在势垒高度低以及材料表面缺陷导致暗电流大、探测效率低等问题;基于β-Ga2O3材料的肖特基势垒二极管存在反向漏电流大、击穿电压低的问题。基于半导体“能带工程”理论,设计不同能带匹配类型的异质结可以有效地调控其界面处载流子的传输与复合,降低异质结的漏电流以及提高击穿电压,进而提升半导体器件的性能。论文从材料的反应沉积外延生长过程、材料特性以及β-Ga2O3基异质结紫外探测器与势垒二极管的制备表征方面进行了研究,主要分为以下几个方面:（1）基于金属半导体能带匹配理论,提出了采用功函数较低的金属制备宽带隙n型β-Ga2O3材料的欧姆接触。采用金属Mg-Au合金在低掺杂的β-Ga2O3单晶衬底上制备欧姆接触,研究了退火温度对欧姆接触特性及稳定性的影响。研究发现,经过300℃、400℃、500℃退火后,Mg-Au与β-Ga2O3可以形成良好的欧姆接触。退火温度从300℃升高到500℃,比接触电阻率逐渐降低,电极电阻增大导致相邻电极之间总电阻的增大。300℃和500℃退火后的电极薄膜出现裂纹并形成了亚稳态的Mg-Au合金,37天后亚稳态Mg-Au合金被氧化导致欧姆接触特性发生退化;而400℃退火后的电极形成了连续稳定的Mg2Au合金薄膜,因此欧姆接触特性没有发生明显的退化。此外,根据400℃退火制备的AuMg/β-Ga2O3欧姆接触样品比接触电阻率与工作温度的变化关系,得到了AuMg/β-Ga2O3欧姆接触界面载流子传输机制为热电子发射模型占主导,且有效势垒高度为0.1 eV。（2）利用反应沉积外延方法并结合化学机械抛光技术,通过改变氧分压在β-Ga2O3单晶衬底上调控生长CuGaxOy（x=1,y=2;x=2,y=4）薄膜,获得了界面清晰的CuGaO2/β-Ga2O3异质结和CuGa2O4/β-Ga2O3异质结。化学机械抛光前后CuGaxOy薄膜的XRD和界面处元素EDS测试结果表明,高温作用下蒸发扩散到氧化剂衬底表面的Cu与气氛中的氧反应生成铜氧化物,铜氧化物中的Cu向衬底方向扩散,衬底中的Ga向外延方向扩散,同时Cu、Ga和O结晶形成CuGaxOy薄膜。在高氧分压条件下反应产物为CuGa2O4;在较低的氧分压条件下,反应产物为CuGaO2。AFM测试结果表明,低氧分压条件下,由于Cu的团聚效应导致CuGaO2薄膜内存在晶界,表面粗糙度大;高氧分压条件下,Cu的团聚效应被抑制,CuGa2O4薄膜中没有明显的晶界,表面粗糙度小。制备了基于CuGaO2/β-Ga2O3异质结的紫外探测器,结果表明这种异质结紫外探测器对254nm紫外光具有明显的响应,且响应比较快。此外,这种异质结紫外探测器具有自供能紫外光响应特性。（3）采用退火工艺对Cu/β-Ga2O3样品在空气中进行退火处理,获得了 CuGa2O4/β-Ga2O3异质结。通过HRXRD的Phi扫描测试结果分析了 CuGa2O4与β-Ga2O3衬底的面内外延关系。制备并研究了基于CuGa2O4/β-Ga2O3异质结势垒二极管的正向开启特性和反向击穿特性,其中理想因子为2.74,正向开启电压为0.86V,反向击穿电压为174 V。（4）基于Ga2O3材料的升华特性,采用反应外延沉积法在蓝宝石衬底上制备了高Al组分的β-（AlxGa1-x）2O3合金薄膜。XPS、SEM和3DAFM测试结果表明,当生长温度为1400℃时,Ga组分为0.476时,β-（AlxGa1-x）2O3薄膜表面呈岛状;当生长温度为1450℃时,Ga组分为0.511时,β-（AlxGa1-x）2O3薄膜表面呈台阶状,这表明不同Ga组分诱导的表面形貌的变化。研究了生长温度对β-（AlxGa1-x）2O3合金薄膜晶体质量和光学性质的影响。
李小波[5]（2020）在《氮化镍的制备及其在GaN基电子器件中的应用》文中研究表明随着信息技术的发展,无线电力传输作为一种重要的电源技术而引起了人们的广泛关注。肖特基势垒二极管（Schottky batrrier diode,SBD）是微波无线电力传输系统中天线整流电路的关键器件,广泛用于电动汽车的充电,能量收集系统,电源和建筑物内无线配电等。与硅（Silicon,Si）和砷化镓（Gallium arsenide,GaAs）等第一二代半导体材料相比,氮化镓（Gallium nitride,GaN）基材料表现出许多优异的特性,包括大的禁带宽度,更高的击穿场,更高的电子迁移率和更高的电子饱和速度。因此GaN SBD在提高微波无线电力传输系统的效率方面引起了人们极大的关注。然而,目前商业常用的镍（Ni）阳极GaN SBD在热处理后会在Ni和GaN界面形成Ni-N合金（Ni3N、Ni4N和Ni等的混合物）,从而导致稳定性下降。因此,迫切需要更为稳定的肖特基接触材料用来代替Ni。同时,在静态导通和开/关切换的周期变化过程中的严重热积累会导致较高的结温,将严重损害器件的安全可靠的工作,因此对功率器件的结温测量在许多应用中起着至关重要的作用。许多研究表明,可以通过使用热稳定良好的SBD或pn二极管（PND）监检测器件的结温。然而,二极管温度传感器的感测能力基于正向电压与温度的线性关系,因此需要良好的热稳定性和线性。GaN基电子器件良好的热稳定性和强烈的温度依赖性,显示出其在温度传感方面的巨大应用潜力。本论文讨论了氮化镍（Nickel nitride,NixN）的制备和在GaN基电子器件中应用,同时分析了 GaN基pn二极管（pndiode,PND）和SBD的温度传感机理。主要研究内容和创新研究成果总结如下:1、利用磁控反应溅射技术,在室温条件和射频模式下,反应室通入氮气（N2）和氩气（Ar）的混合气体,在Si和蓝宝石衬底上成功制备了氮化镍（Nickel nitride,NixN）薄膜材料。其中,控制Ar气流量（15 sccm）和分压（0.107 Pa）恒定,改变 N2 分压（Partial pressure ofN2,P（N2））（0.005 Pa、0.014 Pa、0.023 Pa、0.046 Pa、0.069Pa、0.115 Pa、和0.184Pa）。随着P（N2）的增加,NixN薄膜的沉积速率降低,电阻率变大,表面粗糙度均方根增加。X射线衍射（X-ray Diffraction,XRD）摇摆曲线和X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectra,XPS）表明,在低 P（N2）和中 P（N2）下,Ni4N 和 Ni3N 相分别占主导地位。另外,Ni2N相可以在在高的P（N2）下获得。从能量色散 X-射线光谱（Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy,EDS）计算的Ni/N比值与不同P（N2）下的XRD和XPS显示的NixN的相一致。2、利用反应磁控溅射技术,通过标准光刻工艺,在n-GaN上成功制备了不同 P（N2）（0.005～0.184Pa）的 NixN/GaN SBD。测试器件的电流-电压（Current-voltage,I-V）特性显示,在不同的P（N2）NixN/GaN SBD都表现出了良好的整流特性,与传统Ni/GaN SBD相比,NixN/GaN SBD 的肖特基势垒高度（Schottky barrier height,SBH）和开启电压分别增加了 0.03～0.18 eV和0.03～0.15 V。电容-电压特性曲线显示NixN/GaN SBD没有明显的滞后现象,表明其具有良好的界面质量。其中,在P（N2）为0.069Pa时得到的Ni3N/GaNSBD具有较高的肖特基势垒和低的反向漏电流,并且被认为是有应用前景的阳极材料。随温度变化的I-V特性表明,由于抑制了 Ni与GaN之间的界面反应,Ni3N/GaN SBD具有比Ni/GaN SBD更好的热稳定性。此外,具有Ni3N 阳极的GaN二极管具有约1.3 mV/K的灵敏度,显示了其在温度传感方面的应用潜力。3、成功制备了不同面积（阳极直径分别为100 μm、150 μm、200μm和 300μm）的 NiO/GaN PND 和 TiN/GaN SBD,并研究了其在温度传感器的应用。对于NiO/GaN PND,在完全导通状态下,串联电阻和理想因子决定了灵敏度。对于TiN/GaN SBD,串联电阻在完全导通状态下对灵敏度影响则很小。在去除串联电阻贡献后,NiO/GaN PND和TiN/GaN SBD温度传感器的灵敏度随着器件直径的增加而分别降低和增加。在亚阈值状态下,不同直径的两种温度传感器都表现出其灵敏度与相应电流密度之间的高度线性依赖关系,即低电流密度对应于高灵敏度。NiO/GaN PND和TiN/GaN SBD温度传感器在25℃至200℃的温度范围内具有良好的热稳定性和线性度,显示出NiO和TiN是用于温度传感的候选材料。4、研究了 NiN/GaNSBD在温度传感器方面的应用。在亚阈值区域时,对于直径为200μm的NiN/GaNSBD温度传感器,在灵敏度和相应的电流密度之间观察到良好的线性关系。基于GaN基的SBD,通过热电子发射模型,得到了 GaN SBD温度传感器的灵敏度的理论计算值。通过对比TiN,Ni和NiN电极的GaN SBD温度传感器,NiN电极材料的GaN SBD温度传感器具有接近理想的理论灵敏度。5、利用反应磁控溅射技术,通过干法刻蚀技术和标准光刻工艺,成功制备了 Ni3N栅极的AlGaN/GaN异质结场效应晶体管（Hetero-junction Field Effect Transistor,HFET）。与传统的 Ni 栅极 HFET 相比其反向漏电流减小一个数量级,开关比提升两个数量级。
张庆豪[6]（2020）在《FGR结构SiC JBS二极管超低温及辐照效应研究》文中进行了进一步梳理碳化硅（SiC）材料禁带宽以及原子临界位移能高,这些特性使得SiC器件抗辐射能力强,其在空间极端环境下有很大的应用前景,因此进行SiC基器件在空间极端环境下损伤行为的研究对其在空间极端环境中的应用是极为重要的。本课题以终端为场限环结构4H-SiC结势垒肖特基（JBS）二极管为对象,通过超低温试验及1Me V电子辐照试验研究结合TCAD仿真研究,基于4H-SiC JBS二极管缺陷及电性能退化规律表征,揭示4H-SiC JBS二极管超低温及电子辐照损伤效应及机理,建立基于缺陷演化规律的4H-SiC JBS二极管空间辐照损伤效应模型。研究了超低温条件下4H-SiC JBS二极管电学性能的变化。研究表明温度的变化会对载流子浓度和肖特基势垒高度产生影响。通过高斯分布模型很好的拟合并解释了160到292K时4H-SiC JBS二极管横向势垒分布不均匀现象。温度为160K以下的低温数据不符合高斯分布模型,后续会对低温下的试验结果进行更加深度的解释。研究了1Me V电子辐照对4H-SiC JBS二极管电学性能及缺陷演化的影响。研究表明电子辐照对4H-SiC JBS二极管的I-V及C-V特性造成损伤,其主要原因在电子辐照过程中导致缺陷的产生并形成陷阱和复合中心捕获了载流子。通过光致发光光谱和深能级瞬态谱分析了电子辐照前后缺陷的演化。光致发光光谱的分析可得,在辐照过程中存在淬灭效应,并且辐照注量的增加会导致缺陷浓度的增加。深能级瞬态谱分析可得碳空位（VC）在辐照注量增加的过程中有所增加。缺陷的产生及其浓度的增加造成电学性能的退化。对4H-SiC JBS二极管低温电子辐照效应进行了仿真研究,分别对位移缺陷、界面电荷及位移缺陷和界面电荷协同作用对4H-SiC JBS二极管电学性能的影响进行了仿真。并通过仿真得到200K与300K时的电学特性,对其导电机制进行了分析。对4H-SiC JBS二极管低温辐照效应仿真研究结果分析可得,仿真所得的低温电子辐照效应是电子辐照效应和低温效应仿真结果的叠加。
廉宇盟[7]（2020）在《JBS功率整流器优化设计的仿真研究》文中指出随着电力电子技术的发展,功率半导体器件作为其核心器件得到了广泛的关注和研究。功率MOSFET和IGBT等现代功率整流器件的发展对功率二极管提出了更高的要求,Pi N和肖特基等传统功率二极管的性能急需改善。结势垒控制肖特基（JBS）二极管因为具有肖特基二极管的快速特性和比其更好的反向特性受到了广泛的关注。本文对JBS的工作原理和参数优化进行了探讨和研究。本文首先对肖特基二极管和JBS二极管的结构和工作原理进行了理论分析。在深入理解JBS二极管工作原理的基础上,分别建立了硅50V和4H-SIC 3000V JBS初始结构模型,利用silvaco仿真软件对肖特基二极管和JBS二极管进行了仿真分析,并与理论分析进行了对比,验证了仿真方法的正确性以及JBS二极管较肖特基二极管在性能上的改善。之后对两种器件的结构参数——不同肖特基接触面积和P+区结深对JBS二极管正向特性和阻断特性的影响进行了仿真分析。JBS二极管的正向特性着随P+区面积和结深的增加,电流传导路径发生改变,导电面积减少,使导电特性略有下降。同时由于PN结二维电场的引入,肖特基区域表面电场降低,使得JBS二极管的反向阻断特性有所改善。随P+区面积和结深的增加,反向击穿电压有所增加,反向漏电有所减小,综合正、反特性的仿真分析,给出了硅50V和4H-SIC 3000V JBS二极管优化结构参数:在1.25μm元胞间距的前提下,硅50V JBS二极管的P区接触宽度和结深最佳值分别为0.765μm和0.9μm,3000V 4H-SIC JBS二极管的P+区接触宽度和结深最佳值分别为0.75μm和1.2μm。当P+区结深延伸到接近衬底时,形成了超级结JBS结构,其反向特性得到了大幅度的改善。在分析超级结JBS二极管工作原理的基础上,对其结构进行了仿真,优化设计了P、N柱区的结构参数。在P+区结深和宽度为9μm和0.75μm、N柱区宽度为0.5μm的条件下,其阻断电压可达到200V。论文还对JBS二极管的反向恢复特性进行了仿真分析,验证了JBS依然保留肖特基二极管开关速度快的特点。普通JBS二极管和超级结JBS二极管是在普通肖特基二极管的基础上发展起来的单极型功率二极管,由于PN结的引入极大改善了肖特基二极管的反向特性。通过优化设计结构参数,器件在正向导通、反向阻断和反向恢复三个方面得到了全面的提升。
白瑞杰[8]（2020）在《集成SBD的4H-SiC槽栅结构MOSFET仿真研究》文中研究表明随着电力电子行业的发展,传统硅基器件逐渐不能满足越发严苛的应用要求,碳化硅（Si C）材料由于其优越的材料性质受到广泛的关注。在碳化硅基器件中,金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）由于其驱动简单,开关速度快等优点而发展迅速。而且,4H-Si C槽栅结构MOSFET消除了平面结构MOSFET的JFET区,使得器件的导通电阻降低,元胞尺寸缩小,器件的工业成本缩减,更是成为4H-Si C MOSFET发展的重点。由于4H-Si C MOSFET体内寄生的Pi N二极管导通会导致器件双极退化,并且Pi N二极管关断时器件反向恢复性能较差,因此4H-Si C MOSFET在逆变器等应用场景中需要外部反向并联肖特基势垒二极管（SBD）做续流通道,抑制体内寄生的Pi N二极管导通。但是外接SBD会增大整体电路模块的面积,同时会引入额外的寄生电感,故而众多机构就集成SBD的新型MOSFET结构展开研究。然而目前所提出的集成SBD的槽栅结构MOSFET仍然存在部分不足之处,集成SBD将会增大器件的元胞尺寸,同时温度对集成SBD后器件特性的影响未得到充分关注。针对以上问题,本文对新型4H-Si C集成SBD的槽栅结构MOSFET开展研究,具体工作如下:本文首先从理论上分析了4H-Si C槽栅结构MOSFET、Pi N二极管和SBD的器件静态特性与动态特性,并分析了集成SBD对MOSFET器件性能的影响。随后本文对英飞凌公司所提出的Cool Si CTM MOSFET（Cool-MOSFET）及本文所提出的集成SBD的改进型（Proposed-MOSFET）进行参数优化,静态特性与动态特性仿真分析。本文提出的Proposed-MOSFET在Cool-MOSFET的基础上,利用金属电极将栅氧化层底部P+保护层耦合至源极,同时金属侧壁与N型Si C电流扩散层之间构成肖特基二极管,并使用厚氧化层将栅极多晶硅与肖特基金属隔离。仿真结果表明,Proposed-MOSFET集成SBD之后,其静态特性相较于Cool-MOSFET未发生退化,同时,体内集成的SBD有效的抑制了Pi N体二极管的导通。动态特性方面,由于Proposed-MOSFET肖特基金属与栅极多晶硅之间厚氧化层隔离,其输入电容Ciss相较于Cool-MOSFET降低了36.7%,特征栅电荷Qg,sp相较于Cool-MOSFET下降了26.7%。在反向恢复特性方面,常温下,Proposed-MOSFET反向恢复电荷量Qrr与反向恢复峰值电流Irr-peak相较于Cool-MOSFET分别降低了64.4%和66.3%。而在450 K高温下时,反向恢复电荷量Qrr与反向恢复峰值电流Irr-peak相较于Cool-MOSFET分别降低了82.83%和80.34%。最后,本文对Proposed-MOSFET与Cool-MOSFET两器件功耗进行仿真分析。在单管开关过程中,Proposed-MOSFET由于寄生栅源电容降低,其开关功耗相较于Cool-MOSFET降低了19.05%。当Cool-MOSFET与Proposed-MOSFET分别构成半桥模块时,又由于Proposed-MOSFET半桥模块上管器件集成的SBD反向恢复特性相对于Pi N二极管大幅优化,其开关管功耗相较于Cool-MOSFET半桥模块开关管功开关功耗下降了37.2%。且随着开关频率提高,相比于Cool-MOSFET半桥模块开关管,Proposed-MOSFET半桥模块开关管功耗显着降低。结果表明,本文所提出的集成SBD的Proposed-MOSFET相比于Cool-MOSFET更适用于高频功率应用。
林真源[9]（2020）在《ArF准分子激光诱导4H-SiC表面缺陷态调控电接触性能研究》文中指出与传统半导体Si、Ga As相比,第三代半导体Si C拥有禁带宽度大、载流子饱和转移速率高、导热系数高、击穿电场强度高以及优异的物化稳定性等特点,使得Si C基高功率电子器件在高温、高频等苛刻环境中的应用具有更强的适用性和优异性。然而,由于Si C材料的禁带宽度较大而且其表面态较为复杂,因此不易获得较好的欧姆接触,这极大地影响了Si C基器件的工作效能。因此,传统Si C基器件制备需要在Si C表面形成重掺杂,并连同金属经高温退火才能形成较好的Si C-金属欧姆接触。但是Si C重掺杂工艺难度大、成本高,且高温处理极易在Si C表面/界面处产生缺陷,从而影响Si C-金属欧姆接触的稳定性。紫外激光具有瞬时高能量密度输出及超快能量注入效应,且Si C对紫外波长光吸收率高,基于紫外激光对Si C表面辐照改性的科研近年来已有开展。但至今尚无法较好地对Si C表面态进行调控使其达到器件应用水平,激光对Si C表面态及其缺陷行为的作用规律及机制还有待系统的研究和明晰,以获得有目的调控Si C表面电接触性质而改善Si C基器件性能的有效信息。所以,对激光诱导Si C表面态变化和相关的调控规律和机制的研究,存在十分重要的科研价值和应用意义,这也是本博士论文研究工作的基本出发点。论文根据Ar F准分子激光（波长193 nm）的高能光子（6.5 e V）特性,进行了激光辐照4H-Si C表面诱导缺陷态及电接触改性的调控研究,所用气氛环境为目前大多研究常用的空气和真空两种气氛环境。通过导电原子力显微镜（C-AFM）、透射电子显微镜（TEM）等,系统地研究了空气和真空中Ar F准分子激光辐照4H-Si C诱导O、N、C原子缺陷态的分布特征,采用傅利叶红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）等分析了不同环境条件下O、N、C原子缺陷态形成的原因和机理。针对目前金属/Si C欧姆接触的局限性问题,进一步研究了激光改性4H-Si C表面O、N、C缺陷态对金属/4H-Si C势垒的影响,明显改善4H-Si C表面电接触特性,且无需传统退火工序在其表面实现了改良的欧姆接触。基于密度泛函理论（DFT）,解释了激光诱导O、N、C等原子缺陷态对表面电接触改性的贡献机制,丰富了高性能Si C基器件可控制备的理论研究依据。研究发现,空气中经Ar F准分子激光辐照,4H-Si C表面Schottky势垒可以在0.38±0.05 e V至1.82±0.1 e V间进行调控。由于Ar F准分子激光的光子能量较高（6.5 e V）,远高于Si-C键的能量（3.21 e V）,因此,当4H-Si C表面累计吸收的能量超过Si-C键能及断裂所需的振动能时,即发生断键导致的光化学反应。空气中,Ar F准分子激光辐照诱导的等离子体中大多数的Si原子会沉积在4H-Si C表面,形成亚稳态的非化学配比并具有O空位的Si Ox/Si织构,O空位的引入会在一定程度上降低肖特基势垒宽度,因此提高电子的直接隧穿电流效应的几率;而诱导出的C原子则会与空气中的N原子结合并产生Pyridinic-N及Pyrrolic-N掺杂的石墨烯层,该N掺杂石墨烯的费米能级向导带偏移了约0.4 e V,从而降低了金属/4H-Si C接触的势垒高度。因此,研究确定激光辐照产生的Si Ox/Si造成接触势垒宽度减薄以及N掺杂多层石墨烯造成接触势垒高度降低的共同作用导致了空气中Ar F准分子激光辐照4H-Si C表面电接触的改性。真空中的激光辐照实验,着重对激光辐照诱导的单空位（SV）、双空位（DV）、多空位（MV）等C原子缺失缺陷及Stone-Wales（SW）晶格畸变等多种C缺陷态的产生和分布特征进行了系统分析。SW（55-77）的形成能约为5 e V,属于形成能较小的C原子缺陷,193 nm波长Ar F激光的光子能量（6.5 e V）可以直接满足缺陷所需的形成能;而SV（5-9）、DV（5-8-5）、MV（7-55-7）等C原子缺陷的形成能均大于6.5 e V,此时,由于Ar F准分子激光在4H-Si C表面的多脉冲辐照（>1000次）形成一个能量注入的非平衡过程,这种非平衡态的存在有利于空位或非晶化的出现。Ar F准分子激光可以诱导出SV（5-9）、DV（5-8-5）、MV（7-55-7）等C原子缺陷。探究Ar F准分子激光诱导4H-Si C表面C原子缺陷态的形成机理,可以有目的地优化4H-Si C表面缺陷态以实现对表面功能的改善。进一步研究发现,不同的C原子缺陷态对4H-Si C电接触改性具有不同的作用机制。SV（5-9）和MV（7-55-7）缺陷中,C原子缺失造成悬挂键的增加,使得费米能级附近的电子局域态密度增加,造成电子-空穴复合概率增大,导致在这些缺陷态集中区的金属与4H-Si C间电传输性能减弱。而SW（55-77）和DV（5-8-5）缺陷是由于C原子移位造成的晶格畸变,C原子间距离变短,从而C原子间存在较高的差分电荷密度,因此,与SV（5-9）和MV（7-55-7）缺陷相比,SW（55-77）和DV（5-8-5）缺陷态集中区的金属与4H-Si C间的电传输性能会更好。明确不同C原子缺陷态对4H-Si C电传输特性的影响机制,对激光辐照调控金属/Si C界面电接触特性的研究具有重要的指导意义。论文通过对空气和真空中Ar F准分子激光辐照调控4H-Si C表面态的系统研究,确定了不同气氛条件下激光诱导4H-Si C表面O、N、C缺陷态的形成原因、分布特征及调控机理,并对各缺陷态引起的Si C表面电接触变化过程进行了测试与分析,实现了可控的4H-Si C表面电接触改性。该物理过程与机制研究为进一步推进激光辐照Si C改性研究和发展Si C基高性能光电器件提供了有意义的实验依据及理论参照。
范鑫[10]（2020）在《高功率SiC整流二极管电热可靠性研究》文中进行了进一步梳理第三代宽禁带半导体碳化硅（SiC）材料,由于其相比于第一代半导体硅（Si）材料有热导率高、临界击穿电场高、电子饱和漂移速度大等特点,所以SiC材料和器件在高功率、高温、高压等极端应用领域展现了巨大的优势和广阔的应用前景,特别适合用在电力电子功率电路中。在近几年的全球市场中,4H-SiC SBD、JBS二极管等SiC功率器件商业化日益成熟。但是随着4H-SiC JBS功率二极管的正向额定电流逐渐增大,由于JBS芯片在封装后不同的散热条件,会导致JBS芯片出现温度不均匀的现象。另一方面,为了降低成本,可采用内串联的方式获得更高耐压的SiC功率二极管,温度不均匀的问题任可能对器件可靠性产生影响。本文针对4H-SiC JBS高功率二极管电热可靠性问题,开展了理论研究和实验研究。下面是本文主要的研究工作:（1）建立了基于TCAD、MATLAB、ANSYS软件的4H-SiC JBS整流二极管的电热仿真模式。可以真实、高效的反映4H-SiC JBS整流二极管的电热耦合问题。基于TCAD软件碳化硅JBS二极管的电学模型和热学模型,对器件导通电阻解析模型进行修正,进而得到准确的器件的变温功率模型,最后导入ANSYS中进行器件的电热仿真,解决了TCAD软件仿真大尺寸器件自热效应的困难。（2）研究了40A 4H-SiC JBS二极管温度分布。首先,基于前述方法进行了40A4H-SiC JBS二极管温度分布,仿真得到芯片中心温度比芯片边缘高9.62K的温度不均匀现象。接着,在10A条件下对金属封装和塑封的4H-SiCJBS二极管进行红外温度实验,使用喷漆法解决了由于材料热发射率不同而导致的测试问题,测试的温度不均匀现象比仿真结果更为严重。（3）为解决大面积器件的温度不均匀问题,提出了肖特基接触不均匀分布的设计思路。通过减小芯片中心肖特基接触面积,增大芯片边缘肖特基接触面积,使芯片中心与边缘温差降低。最终在保证阻断特性不退化的前提下,温差从9.62K降低为1.87K,有效电阻降低5.38%。（4）研究了9000V 4H-SiC内串联二极管电热特性理论分析。首先,建立了3000V4H-SiC JBS二极管开启电压随温度变化模型。接着,对4H-SiC JBS二极管反向恢复特性进行了研究并建立简单电路下反向恢复模型,得到内串联反向恢复模型,得出内串联二极管反向恢复特性比相同耐压单管优化的结论。最后对陶瓷封装的4H-SiC内串联二极管进行温度分布仿真,仿真真发现不同腔体内的JBS芯片会有2K左右温差由该温度计算得到的电阻差仅为:0.055Ω,对SiC 9000V内串联二极管可靠性不会产生影响。（5）研究了9000V 4H-SiC内串联二极管电热特性实验分析。进行了9000V 4HSiC内串联二极管基本正反向测试、正向变温实验,验证了4H-SiC JBS开启电压随温度变化模型的正确性。接着,4H-SiC内串联二极管反向变温实验,发现温度高于175℃后出现打火现象。经过重复实验及现场观察分析,发生击穿的原因为封装金属盖板与电极发生空气击穿,器件内部芯片并未损坏。
二、4H-SiC肖特基势垒二极管温度特性研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、4H-SiC肖特基势垒二极管温度特性研究（论文提纲范文）
（1）SiC肖特基二极管势垒不均匀分布理论与研究进展（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 肖特基势垒理论 |
| 3 热电子发射模型 |
| 4 势垒不均匀分布模型 |
| 4.1 平行传导模型 |
| 4.2 高斯分布模型 |
| 4.3 Tung模型 |
| 4.4 双势垒模型 |
| 5 结束语 |
（2）4H-SiC JBS二极管的设计与应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 4H-SiC二极管发展现状 |
| 1.2.2 4H-SiC二极管可靠性研究现状 |
| 1.2.3 4H-SiC二极管应用现状 |
| 1.3 论文的主要内容与组织架构 |
| 第二章 4H-SiC JBS二极管结构设计与仿真研究 |
| 2.1 外延层参数设计 |
| 2.2 仿真平台介绍 |
| 2.2.1 Silvaco仿真软件 |
| 2.2.2 物理模型 |
| 2.3 有源区结构仿真 |
| 2.4 终端结构仿真 |
| 2.4.1 结终端扩展结构 |
| 2.4.2 场限环结构 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 4H-SiC JBS二极管的制备与电学输运机制研究 |
| 3.1 器件制备与基本电学特性表征 |
| 3.1.1 器件制备流程及关键工艺 |
| 3.1.2 基本电学特性测试 |
| 3.2 金属-半导体接触研究 |
| 3.2.1 肖特基接触机理及测试研究 |
| 3.2.2 欧姆接触机理及测试研究 |
| 3.3 4H-SiC JBS二极管电学特性研究 |
| 3.3.1 正向变温I-V特性 |
| 3.3.2 反向变温I-V特性 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 4H-SiC JBS二极管的可靠性研究 |
| 4.1 正向浪涌实验 |
| 4.1.1 正向浪涌测试方法 |
| 4.1.2 测试结果及分析 |
| 4.2 高温高湿反偏实验 |
| 4.2.1 H_3TRB实验方法 |
| 4.2.2 测试结果与分析 |
| 4.3 间歇寿命老化实验 |
| 4.3.1 IOL实验方法 |
| 4.3.2 实验结果与分析 |
| 4.4 温度循环老化实验 |
| 4.4.1 TC实验方法 |
| 4.4.2 实验结果与分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于4H-SiC JBS二极管的Boost PFC电路应用分析 |
| 5.1 PFC电路简介 |
| 5.1.1 PFC电路原理 |
| 5.1.2 输出二极管损耗分析方法 |
| 5.2 电学参数测试与分析 |
| 5.2.1 直流参数测试 |
| 5.2.2 反向恢复特性对比 |
| 5.3 PFC电路性能测试 |
| 5.3.1 PFC电路实验方法 |
| 5.3.2 PFC实验结果对比 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录:作者在攻读硕士学位期间取得的成果 |
（3）基于6H-SiC MPS二极管迅回效应研究分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 碳化硅材料简介 |
| 1.1.1 碳化硅材料的发展历程 |
| 1.1.2 碳化硅材料的特性 |
| 1.2 碳化硅功率器件及MPS二极管现状分析 |
| 1.2.1 碳化硅功率器件的研究现状 |
| 1.2.2 MPS二极管现状分析 |
| 1.3 MPS的迅回效应研究意义 |
| 1.4 论文主要内容和结构安排 |
| 2 6H-SiC MPS的基本理论 |
| 2.1 6H-SiC MPS的结构 |
| 2.2 6H-SiC MPS的工作原理 |
| 2.2.1 金属-半导体接触 |
| 2.2.2 6H-SiC MPS的正向导通特性 |
| 2.2.3 6H-SiC MPS的反向击穿特性 |
| 2.2.4 6H-SiC MPS的反向恢复特性 |
| 2.3 6H-SiC MPS的迅回效应 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 6H-SiC MPS二极管的结构设计及设计方法 |
| 3.1 仿真软件的简介 |
| 3.2 仿真模型的选择 |
| 3.2.1 Shockley-Read-Hall复合模型 |
| 3.2.2 迁移率模型 |
| 3.2.3 碰撞电离模型 |
| 3.2.4 晶格加热模型 |
| 3.3 6H-SiC MPS结构参数设计 |
| 3.3.1 P~+区设计 |
| 3.3.2 漂移区的设计 |
| 3.3.3 其它元胞参数的设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 6H-SiC MPS二极管迅回效应的特性仿真 |
| 4.1 6H-SiC MPS二极管的特性 |
| 4.1.1 正向开启特性 |
| 4.1.2 正向迅回效应 |
| 4.1.3 反向恢复特性 |
| 4.1.4 小结 |
| 4.2 金属功函数对MPS特性的影响 |
| 4.2.1 双势垒特性 |
| 4.2.2 迅回效应 |
| 4.2.3 小结 |
| 4.3 温度对MPS特性的影响 |
| 4.3.1 迅回效应 |
| 4.3.2 反向恢复特性 |
| 4.3.3 小结 |
| 4.4 P+结结深对MPS特性的影响 |
| 4.4.1 迅回效应 |
| 4.4.2 反向恢复 |
| 4.4.3 小结 |
| 4.5 W_S占比对MPS特性的影响 |
| 4.5.1 迅回效应 |
| 4.5.2 反向恢复 |
| 4.5.3 小结 |
| 4.6 本章小结 |
| 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表的论文 |
（4）CuGaxOy/β-Ga2O3异质结及(AlxGa1-x)2O3薄膜的制备与特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 β-Ga_2O_3和CuGa_xO_y材料的基本性质与应用 |
| 1.2.1 β-Ga_2O_3基本性质及应用 |
| 1.2.2 CuGaO_2基本性质及应用 |
| 1.2.3 CuGa_2O_4基本性质及应用 |
| 1.3 CuGa_xO_y薄膜制备研究进展 |
| 1.4 β-Ga_2O_3基异质结研究进展 |
| 1.5 本论文主要研究思路与内容 |
| 2 β-Ga_2O_3欧姆接触和CuGa_xO_y薄膜及器件的制备和表征方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 欧姆接触基本理论及测试方法 |
| 2.2.1 金属半导体接触理论 |
| 2.2.2 金属半导体接触载流子传输机制及欧姆接触形成方法 |
| 2.2.3 传输线模型 |
| 2.3 本论文使用的高温管式炉CVD系统介绍 |
| 2.3.1 反应沉积外延CuGa_xO_y和(Al_xGa_(1-x))_2O_3材料设备及原理简介 |
| 2.3.2 固态源盛放坩埚 |
| 2.4 氧化镓单晶的化学机械抛光 |
| 2.4.1 化学机械抛光原理 |
| 2.4.2 氧化镓单晶化学机械抛光 |
| 2.4.3 HF腐蚀和退火处理对CMP氧化镓单晶表面粗糙度的影响 |
| 2.5 本论文中材料和器件表征方法 |
| 2.5.1 X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD) |
| 2.5.2 扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM) |
| 2.5.3 透射电子显微镜(Transmission Electron Microscopy, TEM) |
| 2.5.4 原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM) |
| 2.5.5 X射线光电子谱(X-ray photoelectron spectroscopy) |
| 2.5.6 可见-紫外透射吸收光谱(Visible-ultraviolet transmission absorptionspectroscopy) |
| 2.5.7 拉曼光谱(Raman spectra) |
| 2.5.8 其他表征方法 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 β-Ga_2O_3欧姆接触的制备研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 β-Ga_2O_3欧姆接触制备 |
| 3.2.1 电极制备工艺流程 |
| 3.2.2 退火温度对欧姆接触性能的影响 |
| 3.2.3 电极表面形貌和欧姆接触稳定性 |
| 3.3 Au/Mg/β-Ga_2O_3欧姆接触载流子传输机制 |
| 3.4 本章总结 |
| 4 CuGa_xO_y/β-Ga_2O_3异质结的制备与特性研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 气相反应沉积外延法制备CuGaO_2和CuGa_2O_4薄膜 |
| 4.2.1 实验过程 |
| 4.2.2 生长温度对CuGa_xO_y薄膜的影响 |
| 4.2.3 氧分压调控生长CuGa_xO_y薄膜 |
| 4.3 固相反应沉积外延制备CuGaO_2和CuGa_2O_4薄膜 |
| 4.3.1 Cu/β-Ga_2O_3空气退火制备CuGa_2O_4薄膜 |
| 4.3.2 Cu/β-Ga_2O_3常压惰性气体中退火制备CuGaO_2薄膜 |
| 4.4 CuGa_xO_y/β-Ga_2O_3异质结表征 |
| 4.4.1 CuGaO_2/β-Ga_2O_3异质结电学性质表征 |
| 4.4.2 CuGaO_2/β-Ga_2O_3异质结紫外响应特性 |
| 4.4.3 CuGa_2O_4/β-Ga_2O_3异质结电学性质表征 |
| 4.5 本章总结 |
| 5 蓝宝石衬底上高Al组分β-(Al_xGa_(1-x))_2O_3薄膜制备 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 Al_2O_3衬底上β-(Al_xGa_(1-x))_2O_3薄膜制备研究 |
| 5.2.1 实验过程 |
| 5.2.2 生长温度对β-(Al_xGa_(1-x))_2O_3薄膜晶体质量的影响 |
| 5.2.3 生长温度对β-(Al_xGa_(1-x))_2O_3薄膜表面形貌的影响 |
| 5.2.4 生长温度对β-(Al_xGa_(1-x))_2O_3薄膜光学性质的影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（5）氮化镍的制备及其在GaN基电子器件中的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 背景 |
| 1.1.1 无线充电技术 |
| 1.1.2 微波整流电路 |
| 1.1.3 半导体材料的发展历程 |
| 1.1.4 GaN材料的性能优势 |
| 1.2 GaN基电子器件研究现状 |
| 1.2.1 GaN基肖特基二极管 |
| 1.2.2 GaN基二极管温度传感器 |
| 1.2.3 AlGaN/GaN HFETs |
| 1.3 研究动机 |
| 1.4 论文主要内容及章节安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 理论基础和实验原理 |
| 2.1 SBD基本原理 |
| 2.1.1 肖特基接触的形成 |
| 2.1.2 电流输运方程 |
| 2.1.3 SBD的基本结构 |
| 2.2 AlGaN/GaN HFET基本原理 |
| 2.2.1 AlGaN/GaN HFET结构原理 |
| 2.2.2 AlGaN/GaN HFET工作原理 |
| 2.3 器件制备及表征手段 |
| 2.3.1 肖特基电极材料制备和表征分析手段 |
| 2.3.2 器件制备工艺 |
| 2.3.3 器件性能测试 |
| 2.4 基本测试原理 |
| 2.4.1 薄膜沉积速率和电阻率 |
| 2.4.2 欧姆特性 |
| 2.4.3 二极管特性测试 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 氮化镍的合成及其材料性能研究 |
| 3.1 氮化镍材料研究进展 |
| 3.2 氮化镍薄膜的制备 |
| 3.3 氮化镍薄膜材料性能研究 |
| 3.3.1 薄膜电阻率 |
| 3.3.2 材料组分 |
| 3.3.3 表面形貌 |
| 3.3.4 结晶质量 |
| 3.3.5 化学成键 |
| 3.3.6 元素比例 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 氮化镍肖特基二极管的制备和性能研究 |
| 4.1 器件结构和工艺制备 |
| 4.2 Ni_xN/GaN肖特基二极管性能研究 |
| 4.2.1 整流特性 |
| 4.2.2 电容特性 |
| 4.3 Ni_3N/GaN肖特基二极管的热稳定性分析 |
| 4.3.1 Ni_3N/GaN肖特基二极管室温下特性 |
| 4.3.2 Ni_3N/GaN SBD的温度稳定性研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 GaN基二极管温度传感器及传感机理研究 |
| 5.1 NiO/GaN PND温度传感器 |
| 5.1.1 理论模型的建立 |
| 5.1.2 器件结构和工艺制备 |
| 5.1.3 温度传感特性及传感机理分析 |
| 5.2 TiN/GaN SBD温度传感器的研究 |
| 5.2.1 器件结构和整流特性 |
| 5.2.2 理论模型的建立 |
| 5.2.3 温度传感特性及传感机理分析 |
| 5.3 高线性近理想的NiN/GaN SBD温度传感器的研究 |
| 5.3.1 Ni_3N/GaN SBD温度传感器特性研究 |
| 5.3.2 GaN基SBD温度传感器的理论灵敏度 |
| 5.3.3 理想的GaN基SBD温度传感器 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 氮化镍栅极AlGaN/GaN HFET的研究 |
| 6.1 器件结构和工艺制备 |
| 6.2 器件性能评估 |
| 6.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 不足和改进 |
| 7.3 展望和发展 |
| 附录 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的主要科研成果 |
（6）FGR结构SiC JBS二极管超低温及辐照效应研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 带电粒子辐照效应 |
| 1.3 超低温效应 |
| 1.4 4H-SiC功率二极管电子辐照及超低温效应研究现状 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第2章 试验器件及分析测试方法 |
| 2.1 试验器件 |
| 2.2 辐照试验 |
| 2.3 超低温试验 |
| 2.4 电学性能测试及缺陷分析方法 |
| 2.4.1 I-V特性测试方法 |
| 2.4.2 C-V特性测试方法 |
| 2.4.3 光致发光(PL)光谱测试方法 |
| 2.4.4 深能级瞬态谱(DLTS)测试方法 |
| 2.5 低温辐照效应TCAD仿真 |
| 2.5.1 TCAD仿真工具简介 |
| 2.5.2 TCAD器件结构描述 |
| 2.5.3 TCAD仿真环境构建 |
| 第3章 4H-SiC JBS二极管超低温效应研究 |
| 3.1 4H-SiC JBS二极管超低温C-V特性研究 |
| 3.2 4H-SiC JBS二极管超低温I-V特性研究 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 4H-SiC JBS二极管1Me V电子辐照效应研究 |
| 4.1 4H-SiC JBS二极管1Me V电子辐照下电学性能研究 |
| 4.1.1 正向I-V特性曲线分析 |
| 4.1.2 反向I-V特性曲线分析 |
| 4.1.3 C-V特性曲线分析 |
| 4.2 4H-SiC JBS二极管1Me V电子辐照缺陷研究 |
| 4.2.1 光致发光光谱缺陷研究 |
| 4.2.2 深能级瞬态谱缺陷研究 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 4H-SiC JBS二极管低温辐照效应仿真研究 |
| 5.1 4H-SiC JBS二极管低温效应仿真研究 |
| 5.2 4H-SiC JBS二极管电子辐照效应仿真研究 |
| 5.2.1 位移缺陷对4H-SiC JBS二极管电学性能的影响 |
| 5.2.2 界面电荷对4H-SiC JBS二极管电学性能的影响 |
| 5.2.3 位移缺陷和界面电荷对4H-SiC JBS二极管电学性能的影响 |
| 5.3 4H-SiC JBS二极管低温电子辐照效应仿真研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（7）JBS功率整流器优化设计的仿真研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 功率半导体器件的种类及发展趋势 |
| 1.2 二极管的种类及发展趋势 |
| 1.3 JBS二极管的发展现状 |
| 1.4 本文的研究内容 |
| 第2章 JBS二极管结构以及工作原理 |
| 2.1 肖特基二极管 |
| 2.1.1 肖特基二极管结构 |
| 2.1.2 肖特基二极管工作原理 |
| 2.1.3 肖特基二极管的优缺点 |
| 2.2 JBS二极管 |
| 2.2.1 JBS二极管结构 |
| 2.2.2 JBS二极管工作原理 |
| 2.2.3 JBS二极管正向导通原理 |
| 2.2.4 JBS二极管反向阻断原理 |
| 2.3 总结 |
| 第3章 JBS二极管初始结构模型的建立 |
| 3.1 结构参数选取思路 |
| 3.2 SiJBS二极管的结构参数 |
| 3.2.1 纵向参数选择 |
| 3.2.2 横向参数和金属功函数选择 |
| 3.3 4H-Si C JBS二极管的结构参数 |
| 3.3.1 纵向参数确定 |
| 3.3.2 横向参数和金属功函数确定 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 SiJBS二极管的优化仿真分析 |
| 4.1 Silvaco TCAD |
| 4.2 SiJBS二极管的结构仿真 |
| 4.3 SiJBS二极管的正向特性仿真研究 |
| 4.3.1 JBS和 SBD二极管的正向特性仿真对比 |
| 4.3.2 肖特基接触宽度对正向特性的影响 |
| 4.3.3 PN结结深对正向特性的影响 |
| 4.4 SiJBS二极管的阻断特性仿真研究 |
| 4.4.1 JBS和 SBD二极管的阻断特性仿真对比 |
| 4.4.2 肖特基接触宽度对阻断特性的影响 |
| 4.4.3 PN结结深对阻断特性的影响 |
| 4.5 SiJBS二极管的反向恢复特性仿真研究 |
| 4.5.1 肖特基二极管的反向恢复特性仿真研究 |
| 4.5.2 JBS二极管的反向恢复特性仿真研究 |
| 4.6 SiJBS二极管横纵参数优化设计 |
| 4.7 超级结SiJBS二极管 |
| 4.7.1 超级结理论 |
| 4.7.2 SiSJ JBS结构和工作原理 |
| 4.7.3 仿真对比 |
| 第5章 4H-SIC JBS二极管的优化仿真分析 |
| 5.1 4H-SIC JBS二极管的结构仿真 |
| 5.2 4H-SIC JBS二极管的正向特性仿真研究 |
| 5.2.1 JBS和 SBD二极管的正向特性仿真对比 |
| 5.2.2 肖特基接触宽度对正向特性的影响 |
| 5.2.3 PN结结深对正向特性的影响 |
| 5.3 4H-SIC JBS二极管的阻断特性仿真研究 |
| 5.3.1 JBS和 SBD二极管的阻断特性仿真对比 |
| 5.3.2 肖特基接触宽度对阻断特性的影响 |
| 5.3.3 PN结结深对阻断特性的影响 |
| 5.4 SIC JBS二极管的反向恢复特性仿真研究 |
| 5.4.1 肖特基二极管的反向恢复特性仿真研究 |
| 5.4.2 JBS二极管的反向恢复特性仿真研究 |
| 5.5 4H-SIC JBS 二极管的横纵比结构优化 |
| 第6章 结论 |
| 参考文献 |
| 在学研究成果 |
| 致谢 |
（8）集成SBD的4H-SiC槽栅结构MOSFET仿真研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 4H-SiC材料特性与器件优势 |
| 1.2 集成SBD的4H-SiC槽栅结构MOSFET的研究意义 |
| 1.3 集成SBD的4H-SiC槽栅结构MOSFET的研究现状 |
| 1.4 本论文的主要工作 |
| 第二章 集成SBD的4H-SiC槽栅结构MOSFET的器件特性及仿真模型 |
| 2.1 集成SBD的4H-SiC槽栅结构MOSFET的静态特性 |
| 2.1.1 阻断特性 |
| 2.1.2 转移特性 |
| 2.1.3 正向导通特性 |
| 2.1.4 反向导通特性 |
| 2.2 集成SBD的4H-SiC槽栅结构MOSFET的动态特性 |
| 2.2.1 寄生电容 |
| 2.2.2 栅电荷特性 |
| 2.2.3 开关特性 |
| 2.2.4 反向恢复特性 |
| 2.3 集成SBD的4H-SiC槽栅结构MOSFET的仿真模型 |
| 2.3.1 禁带宽度模型 |
| 2.3.2 不完全离化模型 |
| 2.3.3 迁移率模型 |
| 2.3.4 碰撞电离模型 |
| 2.3.5 复合模型 |
| 2.3.6 肖特基接触模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 集成SBD的4H-SiC槽栅结构MOSFET结构设计与特性分析 |
| 3.1 CoolSiC~(TM) MOSFET结构参数与静态特性分析 |
| 3.1.1 CoolSiC~(TM) MOSFET结构参数 |
| 3.1.2 CoolSiC~(TM) MOSFET基本特性分析 |
| 3.2 集成SBD的槽栅MOSFET结构参数与静态特性分析 |
| 3.2.1 集成SBD的槽栅MOSFET结构参数 |
| 3.2.2 集成SBD的槽栅MOSFET结构基本特性分析 |
| 3.3 动态特性对比 |
| 3.3.1 电容与栅电荷特性 |
| 3.3.2 反向恢复特性 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 集成SBD的4H-SiC槽栅结构MOSFET功耗分析 |
| 4.1 集成SBD的槽栅结构MOSFET单管开关功耗分析 |
| 4.2 集成SBD的槽栅结构MOSFET半桥电路功耗分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（9）ArF准分子激光诱导4H-SiC表面缺陷态调控电接触性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 SiC基器件发展现状及关键问题 |
| 1.2 激光辐照改性SiC研究现状 |
| 1.2.1 激光与宽禁带半导体材料的相互作用机理 |
| 1.2.2 激光辐照SiC光电改性研究现状 |
| 1.3 SiC表面缺陷态研究现状 |
| 1.3.1 SiC表面缺陷态对光电性能的影响 |
| 1.3.2 SiC表面缺陷态引入及其表征 |
| 1.4 课题的研究目的及主要研究内容 |
| 1.5 本文结构 |
| 第2章 激光调控SiC表面态的理论及实验基础 |
| 2.1 金属/SiC表面电接触理论基础 |
| 2.2 激光辐照SiC改性实验基础 |
| 2.2.1 实验材料 |
| 2.2.2 准分子激光器及辐照系统 |
| 2.3 材料的表征与分析方法 |
| 2.3.1 激光辐照改性层性能及微观结构的分析 |
| 2.3.2 基于第一性原理的计算模拟方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 空气中激光辐照4H-SiC电接触改性及其表面缺陷态调控研究 |
| 3.1 空气中激光辐照4H-SiC表面电接触改性研究 |
| 3.2 空气中4H-SiC表面激光改性层微纳形貌分析 |
| 3.3 激光辐照4H-SiC表面缺陷态变化及电接触改性机理分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 真空中激光辐照4H-SiC电接触改性及其表面缺陷态调控研究 |
| 4.1 真空中激光辐照4H-SiC表面电接触改性研究 |
| 4.2 4H-SiC表面激光改性层微纳形貌及元素变化分析 |
| 4.3 4H-SiC表面改性层缺陷态表征及电接触改性机理分析 |
| 4.4 本章小节 |
| 第5章 基于激光辐照后的4H-SiC表面电子态分布的理论计算分析研究 |
| 5.1 激光诱导的4H-SiC表面缺陷结构构建 |
| 5.2 空气中4H-SiC激光辐照改性层缺陷引起的表面电子态分布 |
| 5.3 真空中4H-SiC激光辐照改性层缺陷的引起表面电子态分布 |
| 5.4 本章小节 |
| 结论 |
| 创新点及研究意义 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间所发表的学术论文 |
| 致谢 |
（10）高功率SiC整流二极管电热可靠性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 SiC材料和器件的优势 |
| 1.1.2 SiC整流二极管的发展现状 |
| 1.2 SiC高功率整流二极管电热可靠性研究意义 |
| 1.2.1 研究意义 |
| 1.2.2 SiC高功率整流二极管电热可靠性研究现状 |
| 1.2.3 存在的主要问题 |
| 1.3 本文主要工作 |
| 第二章 4H-SiC JBS器件电热仿真模型 |
| 2.1 JBS器件热仿真流程 |
| 2.2 基于TCAD的4H-SiC JBS电学仿真模型 |
| 2.2.1 电学仿真的基本方程 |
| 2.2.2 禁带宽度模型 |
| 2.2.3 不完全离化模型 |
| 2.2.4 载流子迁移率模型 |
| 2.2.5 肖特基势垒模型 |
| 2.3 基于TCAD的4H-SiC JBS热学仿真模型 |
| 2.3.1 热学基本方程 |
| 2.3.2 热学物理模型 |
| 2.4 基于ANSYS的4H-SiC JBS热仿真模型 |
| 2.4.1 热分析理论 |
| 2.4.2 ANSYS Icepack热仿真参数 |
| 2.5 JBS器件功率模型 |
| 2.5.1 JBS器件电阻模型 |
| 2.5.2 JBS器件电阻模型修正 |
| 2.5.3 JBS器件功率模型 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 4H-SiC40A JBS二极管温度分布分析及优化 |
| 3.1 4H-SiC40A JBS二极管温度分布仿真 |
| 3.1.1 40A JBS二极管封装及ANSYS模型 |
| 3.1.2 40AJBS二极管仿真功率模型 |
| 3.1.3 40AJBS二极管仿真结果分析 |
| 3.2 4H-SiC40A JBS二极管温度分布实验 |
| 3.2.1 红外实验原理及仪器 |
| 3.2.2 实验样品及第一次实验结果及分析 |
| 3.2.3 修正发射率及第二次实验结果分析 |
| 3.3 不均匀分布法改善JBS二极管温度分布 |
| 3.3.1 不均匀分布方法分析 |
| 3.3.2 不均匀分布法优化结果 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 4H-SiC内串联二极管电热仿真 |
| 4.1 4H-SiC内串联二极管结构参数 |
| 4.1.1 3000VJBS二极管外延厚度及掺杂设计 |
| 4.1.2 3000VJBS二极管终端设计及参数 |
| 4.2 4H-SiC JBS二极管导通特性分析 |
| 4.2.1 非理想肖特基势垒温度变化模型 |
| 4.2.2 JBS开启电压随温度的变化模型及仿真验证 |
| 4.3 4H-SiC内串联二极管反向恢复分析 |
| 4.3.1 4H-SiC JBS反向恢复基本原理 |
| 4.3.2 4H-SiC内串联二极管反向恢复模型 |
| 4.3.3 4H-SiC内串联二极管反向恢复仿真 |
| 4.4 4H-SiC内串联二极管温度分布仿真 |
| 4.4.1 9000V碳化硅内串联二极管ANSYS模型 |
| 4.4.2 9000V碳化硅内串联二极管功率模型 |
| 4.4.3 内串联二极管温度仿真结果及分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 4H-SiC内串联二极管电热实验 |
| 5.1 4H-SiC内串联二极管电学特性实验及分析 |
| 5.2 4H-SiC内串联二极管正向变温实验 |
| 5.2.1 实验原理及电路 |
| 5.2.2 实验结果及分析 |
| 5.3 4H-SiC内串联二极管反向变温实验 |
| 5.3.1 实验原理及电路 |
| 5.3.2 实验结果及分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
四、4H-SiC肖特基势垒二极管温度特性研究（论文参考文献）
- [1]SiC肖特基二极管势垒不均匀分布理论与研究进展[J]. 马跃,黄玲琴,邓旭良,朱靖. 微电子学与计算机, 2022
- [2]4H-SiC JBS二极管的设计与应用研究[D]. 姜玉德. 江南大学, 2021(01)
- [3]基于6H-SiC MPS二极管迅回效应研究分析[D]. 郑丽君. 兰州交通大学, 2021(02)
- [4]CuGaxOy/β-Ga2O3异质结及(AlxGa1-x)2O3薄膜的制备与特性研究[D]. 石建军. 大连理工大学, 2020(01)
- [5]氮化镍的制备及其在GaN基电子器件中的应用[D]. 李小波. 北京邮电大学, 2020(04)
- [6]FGR结构SiC JBS二极管超低温及辐照效应研究[D]. 张庆豪. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [7]JBS功率整流器优化设计的仿真研究[D]. 廉宇盟. 沈阳工业大学, 2020(01)
- [8]集成SBD的4H-SiC槽栅结构MOSFET仿真研究[D]. 白瑞杰. 西安电子科技大学, 2020(05)
- [9]ArF准分子激光诱导4H-SiC表面缺陷态调控电接触性能研究[D]. 林真源. 北京工业大学, 2020(06)
- [10]高功率SiC整流二极管电热可靠性研究[D]. 范鑫. 西安电子科技大学, 2020(05)