Ga2O3肖特基二极管场板结构击穿特性仿真研究

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超宽禁带半导体材料氧化镓(Ga2O3)因其具有更宽带隙、更高理论临界击穿电场强度以及更优的Baliga品质因子等优良特性,成为宽带隙功率半导体领域的研究热点之一。β相Ga2O3结构稳定。目前肖特基二极管(Schottky Barrier Diode,SBD)和场效应晶体管(Field-Effect Transistor,FET)等器件研究都采用β相。其中β-Ga2O3SBDs发展迅速,但是其严重的边缘电场集中效应,使得其击穿电压远低于理论极限。解决这一问题的有效思路是通过结终端技术改善阳极的电场分布,以降低峰值电场、减缓电场集中,使其平缓均匀,进而提升器件的击穿特性。基于该思路,本文对具有场板结构的β-Ga2O3 SBDs的击穿特性进行系统性仿真研究。首先验证β-Ga2O3 SBDs场板结构的作用机理及其优势,对比分析了斜场板结构和直场板结构对其击穿特性的影响。仿真结果证明场板结构的引入对β-Ga2O3 SBDs的正向导通特性基本没有影响,其导通电阻无显著变化;场板结构有效优化阳极电场分布、抑制边缘电场集中效应,使其击穿电压得到了明显的提升;并且斜场板结构对电场优化作用更为明显、击穿电压提升更大。随后对斜场板结构的β-Ga2O3 SBD的击穿特性进行仿真分析,探究斜场板长度、斜场板下氧化层厚度、斜场板下氧化物类型和斜场板倾斜角对器件击穿特性的影响。仿真结果发现击穿电压随着场板长度(LFP)的增加而逐渐增大,但是当LFP增加到3μm后,击穿电压趋于恒定;对于场板下氧化层厚度(TFP)而言,击穿电压首先随着TFP的增加而逐渐增大,但是当TFP增加到0.20μm后,击穿电压开始逐渐下降;对于场板下氧化物类型而言,击穿电压随着氧化物的介电常数的增加而增加;对于场板倾斜角而言,击穿电压随着场板倾斜角的减小而逐渐增大,在倾斜角小于45°时击穿电压增加的幅度较大,而在倾斜角大于45°时击穿电压增加的幅度变得较小。为了进一步提高β-Ga2O3 SBD的击穿电压,采用斜场板结构和台阶场板结构相结合的方式,提出一种斜台阶场板结构来提升器件的击穿特性。对斜台阶场板结构参数进行优化,分析斜台阶场板结构中台阶氧化层厚度对器件击穿特性的影响。击穿电压首先随着氧化层厚度(TFPi)的增加而逐渐增大,但是当TFPi增加到一定程度后,击穿电压开始逐渐下降。当TFP1=0.20μm,TFP2=0.30μm时β-Ga2O3 SBD的击穿电压达到1970 V,击穿电压提升更为显著。
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