功率4H-SiC UMOSFET单粒子烧毁及加固结构研究

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近些年来碳化硅(SiC)材料已经成为了功率半导体行业的一个研究热点,SiC功率MOSFET器件更是被广泛应用于工作在高压、高频尤其是高温高辐射环境的功率半导体器件领域之中。SiC功率UMOSFET在保留了SiC功率VDMOSFET优点的基础上其进一步改善了电学特性,具有出色的性能和光明的应用前景。随着我国航空航天事业的飞速发展,大量SiC功率MOSFET器件需要工作在空间辐射环境中,且面临着严重的辐射效应如单粒子烧毁效应(SEB)的考验。然而在SiC功率MOSFET的SEB研究领域中,针对SiC功率UMOSFET的SEB研究成果的公开相对较少,且面临着国外SEB加固的核心技术封锁以及相关抗辐照元器件的禁售。基于此,本文研究了SiC功率UMOSFET的SEB效应及相关加固方法,目的是为了设计具备优良电学性能与抗SEB能力的SiC功率UMOSFET器件。首先,本文研究了SiC功率UMOSFET SEB效应的触发机理、敏感区域、触发条件以及相关的性能表征,并研究了传统抗SEB加固技术P+源区扩展与N缓冲层在SiC功率UMOSFET中所起的抗SEB加固的效果。随后,本文研究了带N岛缓冲层的新型抗SEB加固SiC功率UMOSFET(NITG-MOSFET)结构的SEB效应及其相关性能表征,N岛缓冲层有效降低了SiC功率UMOSFET漂移区/衬底高低结处高电场和碰撞电离并提高了器件的抗SEB能力,并且N岛缓冲层的引入并不会影响SiC功率UMOSFET的基础电学特性。同时,本文也详细分析并讨论了N岛缓冲层参数改变对NITG-MOSFET抗SEB加固能力的影响,并且详细描述了NITG-MOSFET结构的工艺实现步骤,介绍了工艺上的可行性。最后,本文研究并分析了在高能量重离子入射后SiC功率UMOSFET漏源电流与全局器件温度在表征SEB效应上存在的差异。同时本文研究了带双层N岛缓冲层的SiC功率UMOSFET结构,双层N岛缓冲层抑制并削弱了由高能重离子入射后所导致的器件内部的碰撞电离,以及由碰撞电离所引发的载流子激增和自热效应,使得SiC功率UMOSFET对于SEB热损伤的耐受力大大提高。
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