半导体毕业论文--宽禁带Sic MESFET发展及增益特性研究

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1、宽禁带SiCMESFET发展及增益特性研究摘要：近些年来，以碳化硅和氮化镓为代表的宽禁带半导体材料成为继以硅和砷化镓为代表的第一代、第二代半导体材料之后迅速发展起来的第三代新型半导体材料。SiC半导体材料具有宽带隙、高饱和漂移速度、高热导率、高临界击穿电场等突出优点，特别适合制作大功率、高压、高温、抗辐照电子器件。此外，由于SiC功率器件可显著降低电子设备的能耗，因此SiC功率器件也被誉为带动新能源革命的“绿色能源”器件。文章研究了新型宽禁带半导体材料的性能及发展，在此基础之上进行了SiCMESFET功率增益的研究。关键字：Si

2、C材料，4H-SiCMESFET，功率增益，功率器件Abstract:Recentyearssiliconcarbide(Sic)andgalliumnitride(GaN)becomethetypicalmaterialforthe3rdgenerationsemiconductor,following the siliconandgalliumarsenideastherepresentativeofthefirst-generationandthesecond-generationsemiconductormaterial

3、s.SiCsemiconductormaterialshavebroadbandgap,highsaturationdriftingvelocity,highheatconductivity,highcriticalbreakdownelectricfieldsuchprominentadvantage,whicharesuitableformakinghighpower,highpressureandhightemperatureresistance,irradiationelectronicdevices.Inadditio

4、n,becauseofSiCpowerdevicescansignificantlyreducetheenergyconsumptionoftheelectronicequipment,soSiCpowercomponentsisknownasthe“greenenergy”device.Thenewwidebandgapsofsemiconductormaterialsareintroducedinthepaper.AlsotheSiCMESFETpowergrainhasbeenstudiedinthispaper.Keyw

5、ords：SiC,4H-SiCMESFET,powergrain,powerdevice0引言随著微电子技术的发展，传统的Si和GaAs半导体材料出于自身结构和特性的原因，在高温、高频、大功率以及抗辐射等方面越来越显出其不足和局限性[2]。硅器件难以在高于250℃的高温环境下工作，特别是当高的工作温度与大功率、高频及强辐射环境条件并存时，硅器件就无法胜任。在科学技术飞速发展的今天，对能够在高温、高辐射、高功率环境下工作的新型半导体材料有着迫切需求。为此，人们对新型半导体材料的进行了广泛的研究，在众多的新型半导体材料之中，SiC以

6、其优良的物理和电学性能引起了人们的重视，已经成为继第一代半导体材料硅和第二代化合物半导体材料砷化镓、磷化镓、磷化铟之后逐渐兴起的第三代半导体材料。1SiC材料的优势半导体的材料特性在一定程度上决定了器件的功率频率特性，其中击穿电场和饱和电子传输速度是决定器件性能的两个重要的影响因素[2,5]。一方面，静电能量密度可以表示为电场的函数（），当器件内电场等于临界击穿电场的时候，达到功率极限；另一方面，放电时间不能超过半周期，而放电时间取决于载流子传输到电极的延迟时间，因此载流子饱和速度决定了频率极限。表1-1列出了不同半导体材料性能

7、的比较[7,8]。SiCSiGaAs4H-SiC6H-SiC3C-SiC禁带宽度（eV）3.233.02.361.11.42击穿电场（MV/cm）3~53~510.60.6热导率（）3~53~53~51.50.5饱和速度（）222.51.01.2介电常数9.669.669.7211.913.1溶点（K）~3100K(35atm)~3100K(35atm)~3100K(35atm)16901510电子迁移率（）90040080014006500空穴迁移率（）1209040420320表1-1半导体材料性能比较而从表1-1中可以看到

8、碳化硅的很多电学热学性能远优于硅和砷化镓等材料。SiC的禁带宽度大（是Si的3倍，是GaAs的2倍）；其本征温度高，SiC功率半导体器件的工作温度可高达600摄氏度；SiC的击穿场强高（是Si的10倍，是GaAs的7倍），SiC功率半导体器件的最高工作电压比Si