论文部分内容阅读
碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管(SiC MOSFETs)由于其更低的导通电阻、更高的反向耐压、更快的开关速度,使得其在电力电子领域具有非常广阔的应用前景。目前,国外已经形成了比较成熟的SiC产业,SiC MOSFET在汽车电子、列车牵引、光伏、电机等产业中全面推广,同时,从材料生长到器件应用,围绕SiC器件的上下游产业链已经形成。但在国内,SiC MOSFET还处于研发阶段。本论文立足于国内的科研条件,对SiC MOSFET进行了单步工艺开发与器件制作。论文首先研究了离子注入工艺,利用Silvaco Athena和Srim Trim软件对注入掺杂进行了仿真,并结合实验进行了对比和验证。最终选择Silvaco Athena软件对MOSFET的离子注入掺杂进行设计,设计的杂质分布与器件最终流片结果吻合。其次,论文对基于Ni/Ti/Al的SiC欧姆接触工艺和自对准硅化物工艺的兼容性进行了验证,实验结果表明,退火过程中Al在高温中融化对器件的合金表面产生不利影响,因此,基于自对准硅化物,论文开发了Ni金属形成P/N型SiC欧姆接触的工艺。然后,论文研究了SiC MOS界面调控技术,设计了用于提取SiC MOS电容界面态和SiC表面沟道迁移率的方法和版图。对氧化工艺和NO退火工艺形成的栅界面进行了表征,得出本文MOSFET器件的表面沟道迁移率为17cm2/V·s。通过对开发工艺的整合,论文制作了1200V SiC MOSFET器件并进行了完整的测试。器件阈值电压2.9V,工作电流可达12A,反向漏电200nA@1200V,栅极漏电20nA@45V。动态性能和可靠性性能方面,正常工作条件下,器件开启时间35.4ns,关断时间81.2ns。栅电荷12nC时,栅压可达20V。两组器件在175oC高温条件下,分别进行了栅压20V,源漏短接、反向耐压960V,栅源短接的可靠性测试,168小时测试结束后,阈值电压、导通电阻和反向耐压改变量均小于20%。器件达到了基本的性能要求,为SiC MOSFET器件的产业化打下了基础。