具有超低漏电流的4H-SiC SJ JBS的研究

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本文主要利用二维器件模拟软件ISE-TCAD对高压大功率4H-SiCSBD进行模拟分析。通过对传统的SiC SBD和JBS的正反向特性进行研究分析,以降低肖特基二极管反向漏电流、比导通电阻和提高击穿电压为目标,提出新型器件结构,实现了在能够打破碳化硅极限的同时保持超低的反向漏电流。最后针对大功率SiCSBD在IGBT模块应用中产生的高频振荡的原因,给出了合理的解释。文中重点分析了4H-SiC肖特基二极管反向漏电流的输运机制,给出了漏电流的简单模型。对于能够打破碳化硅极限的SJ(Super Junction)结构,文中把它引入到4H-SiC SBD中,形成4H-SiC SJ SBD,并着重分析SJ结构参数对SBD反向漏电流、击穿电压和比导通电阻的影响。研究发现SJ结构虽然没能屏蔽电场、保护肖特基界面,但是由于SJ本身具有电场调节作用,故SJSBD肖特基界面的电场比较低,反向漏电流比较小。之后为了进一步降低SiCSBD的反向漏电流,本文提出了具有新型结构的SiC肖特基二极管-SJJBS(Super Junction Junction BarrierSchottky),然后重点分析SJJBS关键结构参数对该二极管反向漏电流、击穿电压和比导通电阻的影响。研究得出结论,文中所提出的SJJBS不仅能够打破碳化硅极限,而且还能得到超低的反向漏电流,在2273V的反向高电压下,其漏电流仅为9.2×10-8A/cm2,这是到目前为止,理论上SiC肖特基二极管在2000V的高压下所得到的最低漏电流。接着对SJJBS的反向恢复特性进行研究分析,发现SiCSJJBS具有很好的反向恢复特性,最后解释了SJJBS在作为IGBT续流二极管工作时产生高频振荡的原因。
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