平面栅SiC MOSFET设计研究

碳化硅MOSFETs开关速率快,耐压高,在逆变器应用领域前景广阔。平面栅MOSFETs因其成熟的工艺是最先被商业化的器件。在平面栅MOSFETs的设计中,降低导通电阻和提高芯片的电流密度是重要的开发目标。基于自主研制的1200 V及1700 V SiC MOSFETs,研究了载流子扩展层技术、JFET注入技术以及元胞结构对器件电学特性的影响。测试结果表明采用方形元胞设计的SiC MOSFET的电流明显大于采用条形元胞设计的电流,JFET注入对阈值电压的影响比载流子扩展层技术更小。

4H-SiC平面型和沟槽型MOSFET高低温下的特性

采用自对准工艺制备了1.2 kV4H-SiC平面型和沟槽型MOSFET器件,并在90~490 K的温度范围内对4H-SiC MOSFET器件的静态和动态特性与商用1.2 kV Si IGBT器件的性能进行了对比研究。4H-SiC MOSFET器件的静态特性包括导通电阻(Ron)和阈值电压(Vth),而动态特性则重点研究了开关能量损耗(ESW)随温度的变化。首次在低温下针对与沟道缺陷相关的4H-SiC平面型和沟槽型MOSFET的动态导通电阻退化机理进行了定量化分析。实验结果发现4H-SiC平面型MOSFET器件的开启瞬态的延迟较小短,而4H-SiC沟槽型MOSFET器件表现出显著的开启瞬态延迟和动态导通电阻退化现象,在低温下动态电阻退化现象更为严重。CV特性曲线显示动态导通电阻退化是由于沟槽型器件沟道中与工艺相关的缺陷造成的。随着4HSiC沟槽型MOSFET器件制备工艺的不断成熟,工艺相关的缺陷有望得到缓解,从而从根本上消除动态导通电阻的退化。

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)。

新结构MOSFET

和传统平面结构MOSFET相比,新结构MOSFET具有更好的性能(如改善的沟道效应(SCE),理想的漏诱生势垒降低效应(DIBL)和亚阈值特性)和更大的驱动电流等。文章主要介绍了五种典型的新结构MOSFET,包括平面双栅MOSFET、FinFET、三栅MOSFET、环形栅MOSFET和竖直结构MOSFET。随着MOSFET向亚50nm等比例缩小,这些新结构器件将大有前途。