徐昌发[1]2002年在《碳化硅场效应晶体管技术与特性研究》文中研究表明SiC材料由于具有宽禁带、高临界击穿电场、高饱和电子漂移速度、较大的热导率等优良特性，因此成为制作高温、高频、大功率器件的理想半导体材料。本文主要研究SiC场效应晶体管的特性和制作工艺。论文分析建立了4H-SiC MOSFET和MESFET器件的结构模型和物理模型，采用二维器件模拟软件MEDICI对4H-SiC MOSFET和MESFET的输出特性进行了模拟分析，研究了温度和结构参数对器件特性的影响，表明两种器件的击穿特性均没有负阻现象，击穿电压分别达到85V和209V，由此得到4H-SiC MESFET最大功率密度可达到19.22W／mm；同时，研究了SiC场效应晶体管的制作工艺，初步得到了一套制造SiC MOSFET器件的制造工艺流程，研制出了4H-SiC MOSFET器件。
蔡佳媛[2]2012年在《基于石墨烯通道的场效应晶体管的可制造性研究》文中认为晶体管是计算机高速运行的保障，晶体管技术的发展推动了计算机产业的革命，摩尔定律则间接推动了整个半导体行业的发展。现有的加工工艺已经发挥到了较高的阶段，传统材料极限无法突破，亟待更优良的新型材料出现来推动半导体产业发展。石墨烯材料作为近几年研究的热门材料，其拥有独特的电学及物理性质，它是只有一个碳原子厚度的二维材料，有着运算度快和体积小的双重优点，应用前景广泛。石墨烯晶体管的成功研发能够再延续摩尔定律经典。本文通过使用半导体工艺器件仿真软件TCAD进行器件的制造工艺和性能仿真，通过调研和分析，设计了该器件的制造工艺流程以及确定工艺参数，以这个器件模型为基础来研究基于石墨烯界面层的场效应晶体管的制造工艺和性能，通过对工艺数据的可控性修改得到一个合乎实际的模型。该FET基于SiC基底生长，省略了石墨烯从基底上转移的工艺，大大减少了可能引入杂质等问题，其制造的晶体管速度提升快，潜力巨大，仿真得到的IV特性以及特征频率等性能参数显示这种新型晶体管的高频率特性，都证明了石墨烯场效应晶体管的开发潜力是相当巨大的。
郝夏斐, 潘叁博[3]2011年在《碳化硅功率场效应功率晶体管仿真模型及其驱动研究》文中研究指明研究碳化硅结型场效应功率晶体管的静、动态性能及仿真模型,针对高速开关时的碳化硅器件开关震荡,提出有效抑制震荡与减小容性电流影响的碳化硅功率晶体管驱动电路。在分析器件半导体物理结构、测量碳化硅器件特性参数的基础上建立器件仿真模型,通过器件开关特性的仿真,分析了电路的驱动电压、开关速度、dv/dt及不同的驱动情况下对驱动电路压降的影响。结果表明,碳化硅结型场效应功率晶体管具有通态电阻低、损耗小、开关速度高的特点,驱动电路能有效地工作于高频状态下,开关震荡小,有利于器件应用在高性能的电力电子装置中。
祖强[4]2003年在《碳化硅电力电子器件》文中提出以硅器件为基础的电力电子技术,因大功率场效应晶体管(功率MOS)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)等新型电力电子器件的全面应用而日臻成熟。目前这些器件的开关性能,已随其结构设计和制造工艺的相当完善,而接近其材料特性决定的理论极限,依靠硅器件继续完善和提高电力电子器件装置与系统的潜力已十分有限。伴随新世纪的到来,实用化和商品化的碳化硅肖特基势垒功率晶体管以其初露的优势特性,证实了它在改善以硅器件为基础的电力电子技术方面将引起革命性变化。
宋凌云[5]2017年在《大电流SiC MOSFET器件关键技术与器件研究》文中提出碳化硅(SiC)优良的材料特性,使其十分适用于制作大功率高速的开关器件,例如金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFETs)。目前国内诸多研究小组已经展开了SiC MOSFETs的研制,然而国内研制的这批器件正向电流特性普遍较差。本文立足于国内碳化硅工艺实验平台,开展高压大电流SiC MOSFETs晶体管的结构设计和关键工艺技术研究。本文首先利用Silvaco仿真软件对SiC MOSFETs器件的元胞结构进行仿真设计,主要通过设计优化影响导通器件电阻的相关参数,在最优化正向电流特性的同时满足耐压要求且避免产生寄生效应;之后为满足制作工艺的需求对器件终端结构进行了重新设计优化。其次开展了大电流SiC MOSFETs晶体管关键工艺实验研究,主要包括:满足短沟道制作需求的SiC MOSFETs自对准工艺;为降低降低源接触电阻,开发出基于Ni金属的碳化硅P/N型欧姆合金工艺;为减少SiC/SiO_2界面态密度,摸索了将干法氧化和湿法氧化相结合的栅氧化工艺;为增强SiC MOSFETs栅ESD保护,设计并实验验证了工艺兼容的多晶硅二极管ESD结构。最后整合成熟的制作工艺,开展了大电流1200V 4H-SiC MOSFETs晶体管的流片实验。实验样品测试结果表明:采用非自对准工艺制作的器件正向电流26A@VGS=20V;采用自对准工艺制作的器件正向电流34A@VGS=20V。同时,利用研制的横向SiC MOSFETs晶体管提取了器件的反型层沟道迁移率,迁移率约为20 cm2/V·s。本文基于国内的SiC器件工艺试验平台,通过对高压大电流SiC MOSFETs晶体管的结构设计和关键工艺技术研究,实现了1200V/30A SiC MOSFETs晶体管样品的研制,为国内高压大电流4H-SiC MOSFETs器件的研制提供了参考。
宋坤, 柴常春, 杨银堂, 贾护军, 陈斌[6]2012年在《改进型异质栅对深亚微米栅长碳化硅MESFET特性影响》文中研究指明基于器件物理分析方法,结合高场迁移率、肖特基栅势垒降低、势垒隧穿等物理模型,分析了改进型异质栅结构对深亚微米栅长碳化硅肖特基栅场效应晶体管沟道电势、夹断电压以及栅下电场分布的影响.通过与传统栅结构器件特性的对比表明,异质栅结构在碳化硅肖特基栅场效应晶体管的沟道电势中引入了多阶梯分布,加强了近源端电场;另一方面,相比于双栅器件,改进型异质栅器件沟道最大电势的位置远离源端,因此载流子在沟道中加速更快,在一定程度上屏蔽了漏压引起的电势变化,更好抑制了短沟道效应.此外,研究了不同结构参数的异质栅对短沟道器件特性的影响,获得了优化的设计方案,减小了器件的亚阈值倾斜因子.为发挥碳化硅器件在大功率应用中的优势,设计了非对称异质栅结构,改善了栅电极边缘的电场分布,提高了小栅长器件的耐压.
陈荣敏[7]2017年在《石墨烯场效应晶体管微波建模技术研究》文中研究指明以硅材料为核心的传统元器件日益趋近物理极限,越来越难以满足电子系统小型化、高性能的需求。石墨烯作为一种新型电子材料,以其优异的电性能、热性能和应力性能引起国内外研究者的广泛关注,有望成为下一代半导体器件的核心电子材料之一。以石墨烯为导电层的场效应晶体管作为一种新型纳米器件,能够满足高性能与小型化结构的要求,成为目前电子器件的研究热点。准确建立器件模型,对于微波和射频电路的设计至关重要。本文针对石墨烯场效应晶体管器件模型展开研究,建立了等效电路模型并进行参数提取。介绍了石墨烯场效应晶体管的基本结构,分析了其工作原理和电学特性。根据石墨烯场效应晶体管的双极性输运的性质,分析了其输出特性、开关比、饱和性能。作为对器件工艺的反馈,建立了小信号等效电路模型,包括石墨烯场效应晶体管的等效电路模型参数的初值测试提取方法,以及S参数优化方法。在小信号模型的基础上,论文对比了MOSFET、HEMT与石墨烯场效应晶体管的异同,对Angelov非线性模型进行了简化与改进,提出了电流-电压,栅源、栅漏电容非线性表达式,建立了石墨烯场效应晶体管射频大信号模型。并将完整的模型嵌入电路仿真软件,进行电路参数仿真,与晶体管的实测数据对比显示,本文建立的模型具有较好的准确度和实用性。
曹峻[8]2018年在《碳化硅半导体技术和市场应用综述》文中研究说明随着新能源产业的快速发展,宽禁带半导体越来越受到人们的关注。其中,碳化硅半导体已经开始在多个工业领域得到了广泛应用。在此,针对宽禁带半导体的材料性能、碳化硅半导体的功率器件进行了介绍。此外,也对碳化硅功率器件的封装技术进行了介绍。然后,对于使用碳化硅功率器件较多的应用领域进行了分析。最后,对于未来碳化硅半导体行业的技术发展趋势提出了展望。
王文[9]2011年在《4H-SiC功率MOSFET的研究及升压转换应用》文中提出碳化硅(SiC)是近十几年来迅速发展起来的宽禁带半导体材料之一。SiC材料具有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高功率密度等等许多优点。与GaN和金刚石等宽禁带半导体相比,SiC可以热氧化生成二氧化硅,使得SiC MOSFET器件和电路的实现成为可能。在高频和高压的开关电源领域,具有高开关速度、高反向击穿电压的4H-SiC MOSFET具有广阔的应用前景。为了减小由于离子注入后高温退火工艺造成的表面粗糙和P-base区离化受主杂质对反型层电子的散射,本文采用了一种新型的结构:将P-base区分成离子注入形成的P+层和采用外延工艺形成的P型层。本文利用器件数值仿真工具对该结构的4H-SiC MOSFET的反向击穿特性和导通电阻进行了研究,分析了击穿电压、比导通电阻与结构参数的关系,获得了1400V的击穿电压和7.3的导通电阻。在器件直流仿真的基础上,分析了4H-SiC MOSFET和SBD的瞬态开关特性。设计了一个基于这两个开关器件的DC-DC Boost变换器,从器件仿真中提取这两个器件的端特性,代入上述电路中进行电路仿真。结果表明:工作频率为20kHz,输出电压为500V,输出电压纹波率为1%,功率传输效率为96.1%;4H-SiC MOSFET的开启损耗(turn-on loss)和关断损耗(turn-off loss)分别分别为1.3W和4.5W。
胡荣炎[10]2016年在《石墨烯场效应晶体管的制备与掺杂方法研究》文中研究说明石墨烯是一种新型的二维纳米材料,具有出色的电学性能,理论上载流子迁移率可以达到200000 cm~2/(V×s),是硅中电子迁移率的近200倍。完美的晶格结构使得本征石墨烯中的电子传输几乎不受散射,费米速度接近光速的叁百分之一。出色的性能使得石墨烯在很多方面都有潜在应用,例如传感器、晶体管等。本文基于传统湿法转移工艺建立了适合于实验室操作的石墨烯湿法转移工艺标准流程,有效解决了转移过程中的石墨烯破损、背面残留石墨烯等问题。针对石墨烯转移中易出现的残胶问题,建立了PMMA覆盖率指数(CovPRP)对残胶量进行定量表征,通过实验研究了后烘温度对石墨烯残胶的影响。研究发现后烘温度越高PMMA覆盖率指数(CovPRP)越大,另外,AFM扫描也显示后烘以后石墨烯表面残胶量增大。在此基础上提出了能有效减少残胶的Heat-Free-Transfer工艺,该工艺在湿法转移工艺标准流程的基础上摒弃了后烘工艺过程,同时对湿法去胶工艺进行调整,最终获得了结构完整,质量均匀,残胶量少的石墨烯样片。在完成石墨烯转移的基础上进行了两种器件的制备。一种是背栅结构的石墨烯场效应晶体管(GFET),这种背栅GFET采用重掺杂的硅作为背栅电极;另一种是埋栅结构的射频GFET,采用电子束光刻定义栅条宽度为80nm,30nm氧化铪HfO2做栅介质,钛/金做源漏电极。电学测试发现两种GFET的狄拉克点电压VDirac都大于+30V,石墨烯为P型掺杂状态。利用矢量网络分析仪测试射频GFET的S参数并进行到h21的转换,获得器件截止频率为1.09Ghz,去除器件寄生参数后的截止频率达到4.5Ghz。为了利用Si_3N_4对石墨烯进行掺杂,首先确定了适合于在石墨烯上生长氮化硅薄膜的PECVD参数:功率10W,温度200℃,压强55Pa,SiH4 40sccm/NH3 40sccm,N2 150sccm。按照此参数氮化硅沉积速率可以控制在1?/s以下,然后在背栅GFET上沉积25nm Si_3N_4薄膜对石墨烯进行掺杂。拉曼光谱表征发现沉积Si_3N_4后石墨烯D峰强度较小,G峰向低波数方向移动,电学测试观察到GFET的狄拉克点电压VDirac左移至-25V,相比掺杂前的VDirac变化超过55V,表明氮化硅对石墨烯引入了N型掺杂。19天的跟踪测试发现背栅GFET的VDirac发生了退化,并且VDirac逐渐趋向于-5V,表明氮化硅掺杂石墨烯具有一定的稳定性。研究发现石墨烯上的PECVD氮化硅可以对石墨烯引入N型掺杂,并且掺杂具有一定的稳定性。
参考文献：
[1]. 碳化硅场效应晶体管技术与特性研究[D]. 徐昌发. 西安电子科技大学. 2002
[2]. 基于石墨烯通道的场效应晶体管的可制造性研究[D]. 蔡佳媛. 电子科技大学. 2012
[3]. 碳化硅功率场效应功率晶体管仿真模型及其驱动研究[J]. 郝夏斐, 潘叁博. 制造业自动化. 2011
[4]. 碳化硅电力电子器件[J]. 祖强. 电力电子. 2003
[5]. 大电流SiC MOSFET器件关键技术与器件研究[D]. 宋凌云. 电子科技大学. 2017
[6]. 改进型异质栅对深亚微米栅长碳化硅MESFET特性影响[J]. 宋坤, 柴常春, 杨银堂, 贾护军, 陈斌. 物理学报. 2012
[7]. 石墨烯场效应晶体管微波建模技术研究[D]. 陈荣敏. 合肥工业大学. 2017
[8]. 碳化硅半导体技术和市场应用综述[J]. 曹峻. 集成电路应用. 2018
[9]. 4H-SiC功率MOSFET的研究及升压转换应用[D]. 王文. 西安电子科技大学. 2011
[10]. 石墨烯场效应晶体管的制备与掺杂方法研究[D]. 胡荣炎. 电子科技大学. 2016
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