4H-SiC肖特基二极管高温可靠性研究

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SiC材料由于其较大禁带宽度、高热导率在未来半导体材料中有着良好应用前景,然而实际工作中SiC器件由于自身散热导致特性出现明显退化,环境温度较高的情况下退化现象更加严重。本文主要从理论和实验方面研究了4H-SiC肖特基二极管的高温特性以及工作时自身的产热对IV特性的影响。本文采用ISE-TCAD软件建立了4H-SiC材料的热导率模型和功率器件的电热仿真模型。研究了自热效应下4H-SiC SBD电学特性及温度分布,确定了金半接触部分为器件的最高温度区域,这意味着金半接触区域最有可能出现热失控。仿真和实验结果均出现电流随着外加电压的升高会出现达到峰值随后缓慢下降的现象,定义电流达到峰值时对应的器件结温为电流峰值结温。进而研究了峰值电流和电流峰值结温与器件热阻、环境温度的关系。仿真结果表明:峰值电流的大小会同时受到环境温度和热阻的影响,高环境温度和高热阻值会使峰值电流降低,导致器件性能更严重的退化。因此通过优化器件结构和封装形式来降低热阻是改善其正向特性的重要措施。SBD器件的电流峰值结温大小仅受环境温度影响,与热阻大小无关,并依据模拟结果给出了考虑电子迁移率分布时电流峰值结温与环境温度的线性拟合关系式。本文的研究成果对于分析和改善4H-SiC单极功率器件在高温和大电流工作状态下的性能有重要的参考价值。
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