宽禁带半导体电力电子器件课件.ppt

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1、中国科学院微电子研究所宽禁带半导体电力电子器件研究主要内容一、国内外发展现状与趋势二、研究内容、拟解决的技术难点和创新点三、研究目标、技术指标四、研究方法、技术路线和可行性分析五、年度进展安排宽禁带半导体材料优越的物理化学特性表1几种SiC多型体及其它常见半导体材料的性能比较特征SiGaAs3C-SiC4H-SiC6H-SiCGaN禁带宽度(eV)1.121.432.43.263.03.4相对介电常数11.812.59.72109.669.5热导率(W/K·cm)1.50.543.23.74.91.3击穿电场(106V/cm)0.30.42.

2、122.22.52.0电子迁移率(cm2/s·V)1500880080010004001000空穴迁移率(cm2/s·V)42540040115100200最大电子饱和速度(107cm/s)0.91.32.2222.5一、国内外发展现状与趋势器件产生的损耗减少(导通电阻减至数分之一)可高频工作可在高温下工作热导率约为Si的3倍绝缘耐压约为Si的7~10倍电子饱和速度约为Si的2倍以上带隙约为Si的3倍熔点约为Si的2倍周边部件尺寸减小冷却装置尺寸减小或省去电力系统的精简电力系统中电力损耗的减少效果与Si器件的优点SiC功率器件与Si器件相比的

3、优点一、国内外发展现状与趋势表2不同结构的SiC电力电子器件的特点及研究现状器件结构特点实验室研究最高水平及商业化状况SiC整流器肖特基器件（SBD）开关速度快2003年，美国Rutgers大学报道了阻断电压超过10kV的4H-SiC的肖特基器件，比导通电阻为97.5mΩ·cm2。已商业化。PIN器件耐压高于肖特基器件，开关速度低于肖特基器件2001年，利用结终端延伸技术，日本报道了耐压至19.5kV的4H-SiC的台面型pin二极管。结势垒肖特基器件（JBS）结合了pn结和肖特基结构的优点，耐压和开关速度介于两者之间2007年美国的Cree

4、公司研制了SiC10kV/20A的结势垒肖特基二极管。已有商业化样品。SiC单极型开关MOSFET高速的开关性能、低导通电阻2004年，美国的Cree公司报道阻断电压高达10kV，比导通电阻为123mΩ·cm2的4H-SiCDMOSFET。已有1200V/10、20A的商业样品。JFET高速的开关性能2004年，美国Rutgers大学报道击穿电压为11kV、比导通电阻为130mΩ·cm2的SiC-JFET器件。已有1200V和1800V、15A～30A的商业样品。SiC双极型开关BJT开关速度与MOSFET相当，驱动电路较MOSFET器件复杂

5、2004年，美国Rutgers大学报道击穿电压为9.2kV，比导通电阻为33mΩ·cm2的的SiCBJT器件。已有1200V/6、20A的商业样品。IGBT适合于中高压等级2007年，Purdu大学研制了阻断电压高达20kV的SiCP-IGBT。一、国内外发展现状与趋势电力电子器件的发展趋势：一、国内外发展现状与趋势更大导通电流容量、更高阻断电压及更高功率容量；低通态电阻和低通态压降；更快的开关速度和更高的工作频率等方向发展。3研究内容二、研究内容、拟解决的技术难点SiC电力电子器件的主要研究内容：（1）SiC电力电子器件的器件物理研究。包括

6、SiC高压二极管及SiC-MOSFET晶体管的材料结构设计，器件的耐压解析模型的建立，场板、场限环及结终端延伸等终端保护技术在器件上的应用与设计，完善宽禁带SiC功率器件结构优化设计理论等。（2）SiC电力电子器件制备的关键技术研究。包括SiC材料的欧姆接触、肖特基接触的研究，SiC离子注入及退火技术研究，SiC表面处理及高性能的氧化层制备技术研究，SiC材料的低损伤刻蚀技术研究，及其各关键工艺技术的整合等内容。（3）器件的可靠性及失效机理研究。包括SiC电力电子器件反向漏电流机理研究，高温下SiC材料的欧姆接触、肖特基接触、SiO2/SiC

7、界面态、SiC器件的导通、击穿和开关速度等特性的可靠性研究等。3研究内容二、研究内容、拟解决的技术难点（1）器件的合理化设计。（2）SiC的热氧化技术。可靠性及失效机理研究。SiC材料的欧姆接触，SiO2/SiC界面态，器件的导通、击穿和开关速度等特性的可靠性研究。②SiC离子注入以及掺杂离子激活在碳化硅器件研究中，掺杂注入要求在高温注入之后高温退火激活注入离子。对于离子注入的最大深度、最高浓度分布状态以及标准偏差分布进行计算，在研究中采用相应的注入能量、剂量，得到所需要的注入离子分布状态。与硅材料中掺杂离子基本处于激活态不同，碳化硅材料中的

8、掺杂离子一般条件下只有部分处于激活状态，并且其激活的比率与多种因素直接相关。在碳化硅材料中的注入离子激活能比较高，对于同一种离子，随着注入离子浓度、注入能量的不同，