4H-SiC高压功率器件的JTE终端设计与优化

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在功率器件的实际制作过程中,由于扩散而在PN结边缘产生的结弯曲,功率器件的实际耐压远小于设计的理想电压值,因此需要结终端技术来降低结弯曲产生的效应(曲率效应)。本文主要对传统结终端技术进行分析及研究,针对传统JTE终端结构存在器件击穿对JTE剂量和界面电荷的敏感问题,提出了改善它们对器件影响的终端结构,本文主要研究内容如下:1、本文介绍了结终端技术的由来,目前国外及国内的结终端技术发展的现状,常见的结终端结构的耐压原理,分析了影响器件耐压的因素以及结终端结构对器件的影响,最后介绍了仿真使用的重要物理模型和仿真软件。2、本文研究一种阶梯型双区JTE结构,该结构在不增加P型杂质离子次数下通过不同掩膜形状来改变离子注入形成后的终端区域,使得双区JTE具有阶梯型的形状。阶梯型的双区JTE使得终端区的电荷分布渐变,从而使得该结构呈现出多区JTE的效果。使用Atlas对该结构进行仿真优化,并分析其器件性能与结构中参数之间的关系,然后与传统的单区和双区JTE结构的器件性能进行比较。仿真结果显示了优化的阶梯型双区JTE结构中,阶梯型区能够在较高的JTE剂量分担传统双区JTE中第一个JTE区的电场,避免了传统双区JTE中第一个JTE区电场过度集中的问题,也即表明阶梯型双区JTE结构增宽了允许JTE注入剂量的变化窗口。同时,在允许最大正界面电荷密度上也进一步得到提升。3、本文在阶梯型双区JTE结构基础上,进一步研究了场限环或者场板两种辅助结构。由于阶梯型双区JTE结构的优势主要发挥在高剂量的情况下,而在低剂量,添加场限环或者场板,来分担主结处的电场,降低在低剂量时主结边缘处的电场峰值,提高器件的击穿电压。而且场板或者场限环可以和元胞区工艺同时完成,不需要添加额外的工艺。通过优化仿真,结果表明这两种辅助结构进一步拓宽了 JTE剂量的窗口。由于场板对界面电荷不敏感,场板辅助阶梯型双区JTE结构进一步改善了界面电荷对器件的影响。
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