【摘 要】
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随着电力电子技术应用领域的不断拓展,功率半导体器件担任着越来越重要的角色,而超结MOSFET更是在汽车充电桩、工业自动化等领域有着十分广泛的应用。传统的SJMOS击穿电压高,导通电阻低,屏蔽栅MOSFET栅电容小,开关速度快。故本文结合了沟槽栅超结MOSFET和传统SGT的结构特点,提出了一种半超结屏蔽栅MOSFET（semi-SJSGT）新结构。以200V耐压等级为例,采用Sentaurus T
【基金项目】
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陕西省重点研发计划项目（2017ZDXMGY-026）；
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随着电力电子技术应用领域的不断拓展,功率半导体器件担任着越来越重要的角色,而超结MOSFET更是在汽车充电桩、工业自动化等领域有着十分广泛的应用。传统的SJMOS击穿电压高,导通电阻低,屏蔽栅MOSFET栅电容小,开关速度快。故本文结合了沟槽栅超结MOSFET和传统SGT的结构特点,提出了一种半超结屏蔽栅MOSFET（semi-SJSGT）新结构。以200V耐压等级为例,采用Sentaurus TCAD,通过软件仿真研究了 semi-SJSGT的机理与特性。主要研究内容及结论如下:1.研究了半超结SGT的机理。通过仿真导通时的载流子密度分布和击穿电压下的电场强度分布,分析了器件的导通机理、耐压即理以及横向超结与屏蔽栅相互耗尽的机制;通过仿真栅电荷和电容曲线,分析器件的开关特性。结果表明,超结可以调制漂移区的纵向电场,提高击穿电压,同时提高漂移区的掺杂浓度,降低导通电阻;屏蔽栅可以降低器件的栅电荷,加快器件的开关速度。2.对半超结SGT、传统SGT和传统沟槽栅超结MOS三个器件在相同参数下的特性进行了对比,相比传统SGT,半超结SGT击穿电压由204.9V提升到237.3V,提升15.8%,特征导通电阻由7.804mΩ·cm2降低到5.472mΩ·cm2,降低29.9%;相比传统沟槽栅超结MOS,关断延迟时间减少了 13.5%,开关速度变快。3.结合半超结SGT的工艺,设计了不等宽的半超结SGT。为了获得更低的导通电阻,设计了非全耗尽的半超结SGT（NFD.semi-SJSGT）,并对其关断过程中的雪崩耐量进行仿真。不等宽的半超结SGT工艺难度降低,但牺牲了 N柱区的导电面积,器件性能有所退化;NFD.semi-SJSGT的特征导通电阻进一步降低到5.369mΩ·cm2,降低了 1.9%,但栅电荷上升了 4.7%。4.对半超结SGT的体二极管的特性进行了仿真,并与传统SGT的体二极管进行对比,结果表明,相比传统SGT,超结SGT体二极管在导通时导通压降更低,反向恢复时由于超结柱区迅速耗尽,故其体二极管反向恢复特性快而硬。该研究结果对低压MOS器件的研发具有一定的参考价值。
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