新型再生长沟道GaN基准垂直MOSFET仿真研究

电能在转化与运用过程中会不可避免地出现能量的损耗,而电力控制和电能转换过程中最核心部分即为电力电子器件。GaN基准垂直MOSFET器件具有高输入阻抗、开关速率快以及对表面态陷阱不太敏感等优点,从而成为目前研究的热点,但由于沟道载流子的迁移率较低造成导通电阻与损耗较大。通过对再生长沟道GaN基准垂直MOSFET进行仿真,证明该结构可以有效解决沟道载流子的迁移率过低的问题。在再生长沟道GaN基准垂直MOSFET的基础上进行了结构改进,主要针对器件在源极区域与漂移区域的载流子分布进行了优化。其中,源极区域通过对源电极金属帽子下方Al_(2)O_(3)进行刻蚀,使得器件源极区域的电流导通路径得到了有效的缩短;而漂移区域通过在栅极下方插入一层载流子分布层,使得漂移区内载流子分布更加均匀。最终设计出了阈值电压为2.3V的新型再生长沟道GaN基准垂直MOSFET,器件的导通电阻低至1.8mΩ·cm^(2),击穿电压高达1053V。

带有肖特基漏极和场板结构的反向阻断垂直MOSFET研究

提出了一种采用肖特基漏极(SD)与场板相结合、实现硅基垂直MOSFET器件反向阻断应用的技术。基于该技术,采用二维仿真提出并研究了两种新型垂直MOSFET器件,即带有垂直场板(VFP)的SD-VFP-MOS器件和带有倾斜场板(SFP)的SD-SFP-MOS器件。相比采用肖特基漏极的MOSFET(SD-MOS)和采用超结和肖特基漏极的MOSFET(SD-SJ-MOS),所提出的SD-VFP-MOS,尤其是SD-SFP-MOS,反向击穿电压有显著提高,且几乎不影响导通特性。开展了器件的开态电流密度、关态电势分布、关态电流密度和电场分布分析,揭示了VFP和SFP提高器件反向阻断能力的内在机理。详细讨论了场板结构参数对器件反向击穿电压和场板效率的影响,研究结果对于SD-VFP-MOS和SD-SFP-MOS的设计具有重要意义。

垂直双栅MOSFET的性能设计和仿真分析

针对纳米器件应用程序,本文设计了两侧绝缘支柱上带有双栅结构的垂直金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET);考虑掺杂效应对垂直通道长度的影响,并对这些Lg=50nm的小型设备的工作效果进行分析;将Lg为50nm的设备与传统平面MOSFET进行比较,进而分析其性能;最后对创新设计进行评估,在纳米级领域中将结合了电介质容器(DP)的垂直MOSFET转塔与标准垂直MOSFET的设备性能进行全面的分析比较。结果表明优化掺杂效应可使垂直MOSFET的性能得到极大增强。在DP的排放端附近,源极和漏极之间的电荷共享现象减少,提高了势垒区的栅控制效果,抑制了纳米器件结构的短沟道效应(SCE)。

4H-SiC和6H-SiC功率VDMOSFET的单粒子烧毁效应

对基于4H-SiC和6H-SiC的垂直双扩散MOSFET(VDMOSFET)的单粒子烧毁(SEB)效应进行了对比研究。建立了器件的二维仿真结构,对不同SiC材料构成的器件物理模型及其材料参数进行了修正。利用Silvaco TCAD软件进行了二维器件的特性仿真,得到了两器件SEB效应发生前后的漏极电流曲线和电场分布图。研究结果表明,4H-SiC和6H-SiC VDMOSFET的SEB阈值电压分别为335 V和270 V,发生SEB效应时的最大电场强度分别为2.5 MV/cm和2.2 MV/cm,4H-SiC材料在抗SEB效应方面比6H-SiC材料更有优势。所得结果可为抗辐射功率器件的设计及应用提供参考。

4H-SiC基半超结VDMOSFET单粒子烧毁效应

4H-SiC半超结垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管(VDMOSFET)由于N型底部辅助层(NBAL)的引入,可以采用相对较小深宽比的超结结构,从而降低了制造工艺的成本与难度。利用器件仿真器Atlas建立了器件的二维仿真结构,对4H-SiC超结和半超结VDMOSFET的单粒子烧毁(SEB)效应进行了对比,随后研究了NBAL浓度变化对4H-SiC半超结VDMOSFET抗SEB能力的影响。结果表明,在相同漏电压下,NBAL导致半超结VDMOSFET在N-漂移区/N+衬底结处的电场峰值比超结VDMOSFET的电场峰值降低了27%。超结VDMOSFET的SEB阈值电压(VSEB)为920V,半超结VDMOSFET的VSEB为1 010V,半超结VDMOSFET的抗SEB能力提升了10%。随着NBAL浓度的逐渐增加,半超结VDMOSFET的抗SEB能力先增强后减弱,存在一个最优的NBAL浓度使其抗SEB能力最好。

垂直增强型氧化镓MOSFET器件自热效应研究

本文设计了垂直增强型Ga_(2)O_(3)MOSFET器件,针对氧化镓材料的热导率低,通过研究不同晶向材料、不同热阻和不同温度下器件的输出特性,分析器件的温度分布特点,对Ga_(2)O_(3)MOSFET的热学特性进行分析.热导率模型通过研究氧化镓不同晶向时对器件的输出特性及温度分布的影响,得到[010]晶向的热导率最好,T=300 K时,比其他晶向的热导率高约0.1 W/cm K,相同电压下对应的输出饱和电流最大(V_(gs)=3 V时,I_(dsat)>400 A/cm^(2)).进一步研究了不同晶向Ga_(2)O_(3)MOSFET在不同环境温度时的输出特性曲线,随着热阻降低,器件边界散热能力提高,自热效应的影响被抑制,源漏饱和电流增大,边界热阻在0.01–0.005 cm^(2)K/W时可确保器件的正常工作.这些都为日后优化器件性能提供了可靠的方法和参考价值.

埋栅型SIT和VDMOS的单粒子烧毁效应对比研究

对埋栅型静电感应晶体管(SIT)和垂直双扩散MOSFET(VDMOS)的抗单粒子烧毁(SEB)能力进行了仿真对比研究。利用Medici软件,仿真得到两种器件发生SEB效应前后的漏极电流响应和发生单粒子烧毁效应的临界漏极偏压。仿真结果表明,SIT与VDMOS两种器件常态击穿分别为580 V和660 V,在栅极关断电压为-10 V下,SIT的单粒子烧毁效应临界漏极电压为440 V,远高于VDMOS关断时230 V的临界漏极电压;SIT发生SEB效应时的漏极电流数量级为10^-3A/μm,而VDMOS发生SEB效应时的漏极电流数量级为10^-4A/μm,SIT在抗SEB效应方面比VDMOS具有更大的优势。同类研究少见文献报道。对埋栅SIT样品进行了试制,样品击穿电压为530 V。