SiGeC-Si異質(zhì)結(jié)快速軟恢復(fù)功率二極管的研究.pdf

1、論文將SiGeC/Si異質(zhì)結(jié)技術(shù)用于功率二極管反向恢復(fù)特性的改進(jìn),首先研究分析了Si基應(yīng)變材料的晶格結(jié)構(gòu),形成壓應(yīng)變和張應(yīng)變的機(jī)理,尤其是C的引入導(dǎo)致SiGeC材料臨界厚度增加及相關(guān)器件熱穩(wěn)定性增強(qiáng)的機(jī)理。詳細(xì)分析了SiGeC/Si能帶結(jié)構(gòu)特點(diǎn),依據(jù)ΔEC、ΔEv和ΔEg的關(guān)系,得出SiGeC/Si異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)屬于“負(fù)反向勢(shì)壘”的結(jié)論。推導(dǎo)出SiGeC/Si異質(zhì)結(jié)二極管,在較低、較高正向偏壓下的電流密度表達(dá)式,解釋了SiGeC/Si異

2、質(zhì)結(jié)二極管電流輸運(yùn)機(jī)理。基于異質(zhì)結(jié)電流傳輸機(jī)理,SiGeC/Si異質(zhì)結(jié)功率二極管實(shí)現(xiàn)了低通態(tài)壓降下高電流密度的傳輸,改善了二極管的反向恢復(fù)特性,同時(shí)具有較低的反向漏電流。與少子壽命控制技術(shù)相比,SiGeC/Si異質(zhì)結(jié)能帶工程更有效的協(xié)調(diào)了功率二極管中通態(tài)壓降、反向漏電流和反向恢復(fù)時(shí)間三者之間的矛盾。對(duì)SiGeC合金中的Ge、C含量進(jìn)行了優(yōu)化分析,提出在SiGeC/Si異質(zhì)結(jié)二極管中,對(duì)于一定的Ge含量存在C含量的臨界值,使得二極管的器件

3、特性最優(yōu),并解釋了該臨界值存在的理論依據(jù)。采用數(shù)值擬合的方法,給出了SiGeC材料的遷移率模型和能帶結(jié)構(gòu)模型。對(duì)比分析了SiGeC/Si和SiGe/Si兩種異質(zhì)結(jié)二極管的溫度特性,詳細(xì)分析了二極管中C的引入對(duì)器件溫度特性的改進(jìn),并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行研究。結(jié)果表明：基于C對(duì)SiGe合金的應(yīng)變補(bǔ)償作用,SiGeC二極管的熱穩(wěn)定性明顯提高。與同結(jié)構(gòu)SiGe二極管相比,器件的反向漏電流明顯下降,閾值電壓漂移顯著減小。400K時(shí),SiGeC二極管仍具有

4、快而軟的反向恢復(fù)特性。將理想歐姆結(jié)構(gòu)應(yīng)用到SiGeC/Si異質(zhì)結(jié)功率二極管中,重點(diǎn)研究了SiGeC/Si異質(zhì)結(jié)理想歐姆接觸二極管的擊穿機(jī)理,提出理想歐姆接觸二極管反向阻斷特性控制模型,即VBR=min(Vpin’Vpnp)。導(dǎo)出了二極管在不同阻斷機(jī)制下的反向阻斷電壓表達(dá)式。得到了兩種阻斷機(jī)制相互轉(zhuǎn)化的條件,以及二極管在不同阻斷機(jī)理控制下,阻斷電壓與各參數(shù)之間的關(guān)系。提出了一種新型的基區(qū)漸變摻雜理想歐姆接觸SiGeC二極管。詳細(xì)分析了基區(qū)

5、漸變結(jié)構(gòu)的引入對(duì)二極管反向阻斷特性提高的理論依據(jù)。新結(jié)構(gòu)二極管在大幅提高p-n-p寄生晶體管擊穿電壓的同時(shí),不會(huì)顯著降低原p-i-n二極管的擊穿電壓,在更大的基區(qū)濃度變化范圍內(nèi),都具有較高的阻斷電壓,這為器件設(shè)計(jì)提供了更大的自由度。另外,新結(jié)構(gòu)二極管借助于基區(qū)漸變摻雜引入的內(nèi)建電場(chǎng),使得二極管的反向恢復(fù)時(shí)間有所減小,同時(shí)又不會(huì)犧牲器件的正向通態(tài)特性,很好的實(shí)現(xiàn)了反向阻斷特性、反向恢復(fù)特性和正向通態(tài)特性之間的折中。通過(guò)簡(jiǎn)單易行的工藝流程和