基于SilvacoTCAD的4H-SiC功率BJT器件仿真--毕业论文文档27页优秀范文

第章绪论第章绪论课题研究背景及意义功率半导体器件在电力电子应用系统中处于非常重要的地位，是电力电子技术中进行电能变换功率控制和处理，以及实现能量管理调节的核心器件。

功率半导体器件应在上个世纪，硅基器件成为市场上的主要生力军，各类产品及分立器件都离不开硅材料。

稍后，以为代表的第二代半导体材料依靠其高迁移率等优势，迅速发展起来。

到本世纪初，随着低碳环保概念的提出，节能降耗提高能源利用率已成为大家日益关心的问题。

在不久前的哥本哈根会议上，世界各国都对节能提出了各自的意见，电能的消耗占据人类总耗能的大部分，约的能量在电能传输与转换的过程中浪费。

来。

到本世纪初，随着低碳环保概念的提出，节能降耗提高能源利用率已成为大家日益关心的问题。

立器件都离不开硅材料。

子技术则在高压大功率方向阔步迈进。

在上个世纪，硅基器件成为市场上的主要生力军，各类产品及分部分内容简介功率设计原则第三章基于的功率器件仿真工艺流程欧姆接触工艺图形刻蚀技术离子注入和退火器件仿真流程结论致谢语参考文献附录引言引言电子技术有两大分支，即微电子技术和电力电子技术。

微电子技术在朝着小型化高速低功耗的方向迅猛发展，而电力电子技术则在高压大功率方向阔步迈进。

在上个世纪，硅基器件成为市场上的主要生力军，各类产品及分立器件都离不开硅材料。

稍后，以为代表的第二代半导体材料依靠其高迁移率等优势，迅速发展起来。

到本世纪初，随着低碳环保概念的提出，节能降耗提高能源利用率已成为大家日益关心的问题。

在不久前的哥本哈根会议上，世界各国都对节能提出了各自的意见，电能的消耗占据人类总耗能的大部分，约的能量在电能传输与转换的过程中浪费。

在这过程中，起主要作用的是电力电子器件，也称功率器件。

在这种情况下，性能远远好于传统的第代硅基器件的碳化硅电力电子器件受到人们青睐，以和为代表的第三代半导体材料掀起新的轮热潮。

碳化硅依靠其特有的材料特性，基于它制造的各类功率半导体器件，广泛应用于事关国计民生的诸多领域。

其研发和生产，得到了世界各强国的重视支持和推动。

在高压大电流高频高温宇宙射线的环境下，器件的表现完全令人振奋，被称作理想的功率半导体材料。

目前，研究的热点主要是其在电力电子开关器件领域的应用，这样可以发挥其自身材料的独特优势。

由于是之外唯能够通过热氧化生长绝缘氧化层的化合物半导体材料，这意味着它能够与己经成型的器件工艺相兼容，这样可以发挥现有工艺优势，方便地制作结构器件，易于集成。

外延生长技术器件工艺制造技术光电器件开发集成电路制造等方面如能取得突破，定将会为军用系统的完善和武器装备性能的提高提供巨大帮助。

是世纪极端电子学半导体首选材料，美国制定了国防与科技计划，日本制定了国家硬电子学计划。

第章绪论第章绪论课题研究背景及意义功率半导体器件在电力电子应用系统中处于非常重要的地位，是电力电子技术中进行电能变换功率控制和处理，以及实现能量管理调节的核心器件。

功率半导体器件应用非常广泛，从日常生活使用的计算机汽车数码相机等消费类电子到电气自动化中的大功率变换设备，以及远距离高压电力传输中用到的设备等。

经常长期的发展和技术的进步，以桂材料为基础的半导体功率器件在功率系统应用中获得了广泛的应用并占据了主导地位。

但是随着桂工艺的足够成熟，以桂材料为基础的半导体功率器件的性能在许多方面已经接近并达到其理论极限，通过器件结构的创新以及制造工艺的改善，己经没有太大的空间。

并且由于桂材料的固有局限，如窄的禁带宽度低的热电导率和低的临界击穿电场，其在高压大电流和高温场合中的应用受到很大的限制。

以碳化硅和氮化镓为代表的新型宽禁带半导体材料恰好具有硅材料不具备的优势。

这些新型半导体材料具有宽带隙高热导率高电子饱和漂移速度以及耐高压高温和抗辐射等优点，非常适合大功率高频高温半导体器件。

碳化硅等宽禁带半导体材料相对于硅，禁带宽度高倍临界击穿电场强度高倍电子饱和漂移速度高倍热导率高倍等，这些优势使得新型宽禁带半导体材料具有非常广阔的应用前景并被称为第三代半导体材料。

近十年来，碳化硅衬底以及器件制造工艺外延生长技术欧姆接触技术以及反应离子刻烛技术等取得了重大的进展。

年月，公司推出零微管缺陷的直径英寸型衬底。

由于元件厂商的大部分生产线支持英寸以上的晶圆，因此英寸以上的高品质衬底备受欢迎。

正因为如此，碳化硅在各类新材料中脱颖而出，碳化硅功率器件也受到越来越多的关注国际上许多公司和大学关于碳化硅功率器件的研究也越来越多，并取得了令人瞩目的进展。

碳化硅器件也被誉为带动新能源革命的绿色能源器件。

在各种碳化硅功率开关器件中，双极型晶体管是种非常具有前景的器件与硅双极型晶体管相比，碳化硅双极型晶体管不受到二次击穿等问题限制。

和其他两种碳化硅功率开关器件和比较起来，其没有器件的栅极驱动的问题，抑或氧化层界面稳定性和沟道迁移率的问题。

除此之外，碳化硅双极型晶体管还具有易于封装的优点。

因此对功率器件的特性和结构进行研究非常有必要而且具有重要的意义。

碳化硅功率器件发展回顾近年来，功率器件在系列应用领域都取得了令人膛目的成就。

对于材料来讲，增大衬底晶圆的尺寸欧姆接触退火，以复合膜作为基极欧姆接触退火。

用双层复合膜制作互联线。

接下来分别讨论下关键制作工艺欧姆接触工艺欧姆接触起到将电流引入及引出半导体的功能，理想的欧姆接触是没有寄生电阻的，低阻的欧姆接触对高频应用是极为重要的。

另外，高温和高功率需要接触在极端条件下高度可靠。

但是，作为技术的较大的障碍之，欧姆接触已经迅速成熟发展起来。

尽管欧姆接触比窄带隙半导体要高些，但是对于的应用已经足够。

型和比型和的欧姆接触要好些，与窄带隙半导体半导体类似，重掺杂也容易获得低电阻的接触。

对于较轻掺杂的，在高温退火之后也可以获得较好的接触特性。

最低的接触通常是由竞位掺杂和大剂量离子注入来实现的。

如果不考虑掺杂，通常在淀积之后要做退火以获得低阻特性。

对于碳化硅器件，更多的着眼于，等耐高温材料。

大多数欧姆接触需要在了左右下退火。

根据不同的接触金属，退火通常导致内部反应，形成金属碳金属硅的化合物，导致接触的电导特性更好。

在恶劣的环境中，器件需要欧姆接触能够抵挡以上的高温，甚至在的时候也不出现较大变化，这种工作能力能持续几百几千个小时以上。

在些宇航应用中，需要器件能同时工作在高温大电流的情况下。

图形刻蚀技术碳化硅是种难以刻蚀的材料，很多情况下碳化硅是当做耐火耐磨材料使用的，但刻蚀又是半导体材料的表面形成方法。

反应离子刻蚀是碳化硅材料中形成沟槽的最简便的工艺步骤，研究人员尝试过很多种气体的组合来形成碳化硅的沟槽，对于功率器件的应用，沟槽应该具备近乎垂直的形貌，但是在底部应该是圆角以降低电场的集中。

为了降低界面态，沟槽的表面必须光滑没有缺陷，这样才能获得高的迁移率。

反应离子刻蚀采用混合气体来满足形成沟槽的需求，其他反应离子刻蚀采用含气体也可以制作较光滑的表面。

的化学刻蚀只能借助于高温气体和高温等离子体来进行，目前还不知道哪种酸碱溶液能够在室温下起到刻蚀作用。

磷酸可以在下对碳化硅进行刻蚀，但刻蚀速率比较难以把握，通常只是用来做显示晶体缺陷的表面处理用。

现在报道的文献均是采用等离子体干法刻蚀主要是刻蚀，如大学采第三章基于的功率器件仿真用的刻蚀的方法制造的耐压超过的高压。

离子注入和退火因为在中，掺杂杂质如果能维持结的稳定性，需要大约在了，杂质在内几乎不扩散，所以这种在材料中大量使用的方法在体系几乎不能使用。

现在，离子注入是碳化硅材料体系进行掺杂的唯的方法。

型掺杂主要用电子级的氮气做掺杂剂，氮离子注入对晶格的损伤比较容易用退火的方式消除。

与工艺相比，离子注入需要较高的热预算激活杂质，尽管室温下的离子注入可以成功，研究发现，热注入可以产生更大的杂质激活能量和更小的缺陷，加热离子注入通常在以下，并月退火温度要在完成，这同时，由于升华或蒸发导致了碳化硅表面出现退化。

这种退化可以可以采用石墨舟来承载被注入的晶片并且在上面放个另外的碳化硅晶片来降低。

如果在注入的时候能够将衬底加热，使晶格略微膨胀，会产生更好的注入效果。

高温退火往往造成表面碳化硅分解带来硅原子升华的表面退化问题。

使表面形貌造成较大程度的退化。

为了达到获得高质量的结终端扩展区域和保护环区域的优质的高斯分布掺杂，较高的杂质激活率和较少的散射缺陷的目的，需要对离子注入的注入能量剂量注入次数及和退火温度退火氛围退火条件进行实验设计。

目前，型离子注入的问题还很多，从杂质选择到退火温度的系列工艺参数都还需要优化，型离子注入的掺杂的薄层电阻目前最低已可以做到几十个方块，而型离子注入目前还难以达到这个水平。

离子注入目前存在的最大问题是注入后的退火温度太高。

为了使碳化硅中杂质的激活率超过，退火温度提高到。

这样的话厂离子诬入工琶在在需要在其他高瘟工艺下进行，这限制了器件工艺的灵活性。

器件仿真流程启动模拟软件定义网格第三章基于的功率器件仿真图定义网格定义衬底材料图定义衬底材料定义电极第三章基于的功率器件仿真图定义电极多层淀积，形成结构图多层淀积，形成结构第三章基于的功率器件仿真图结构图定义电极属性图定义电极属性第三章基于的功率器件仿真选用器件模拟的物理模型定义粒子碰撞的模型解方程的初始定义图解方程的初始定义设定解方程的节点定义电极的属性第三章基于的功率器件仿真