2024年9月10日发(作者：秦正平)
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶
DOI: 10〃 13290 / j〃 cnki〃 bdtjs〃 2014〃 11〃 005
3 300 V-10 A SiC
肖特基二极管
倪炜江
(
泰科天润半导体科技
(
北京
)
有限公司
，
北京
100192)
摘要
:
利用一次离子注入同时形成有源区和结终端结构
，
实现
3 300 V 4H-SiC
肖特基二极
2
管
。
器件的正向电压为
1. 7 V
时
，
电流达到
10. 3 A，
相应电流密度为
100 A / cm，
比导通电阻为
7. 77 m
Ω
·cm
2
。
在
3 300 V
反向偏置电压下反向漏电流为
226
μ
A。
测试同一晶圆上的
pn
二极管
显示
，
设计的场限环结终端击穿电压可以达到
4 000 V，
达到仿真结果的
95% 。
分析发现肖特基
二极管的漏电流主要由肖特基接触的热场电子发射产生
，
有源区的肖特基接触线宽直接影响器件 的
正向电流密度和反向漏电流
。
设计合适的肖特基接触宽度是实现高性能器件的关键
。
关键词
: 4H-SiC;
肖特基二极管
;
高压
;
电流密度
;
击穿电压
中图分类号
: TN311. 7; TN304. 24
文献标识码
: A
文章编号
: 1003 －353X ( 2014) 11 －0822 －04
3 300 V-10 A SiC Schottky Diodes
Ni Weijiang
( Global Power Technology ( Beijing) Co
．
，Ltd
．
，Beijing 100192，China)
Abstract: 3 300 V 4H-SiC Schottky diodes were realized with the active area and edge termination
structure formed simultaneously by a single ion-implantation step〃 The forward current is 10. 3 A，the
corresponding current density is 100 A / cm
2
，the specific resistance is 7. 77 m
Ω
·cm
2
and the forward
voltage drop is 1. 7 V〃 The reverse leakage current is 226
μ
A at 3 300 V reverse bias〃 The measurement
results on the pn diode test structure on the same wafer indicates that the field limit ring termination struc-
ture could sustain a break down voltage of 4 000 V，which is 95% of the simulation value〃 Analysis re-
sults show the majority of the leakage current comes from the thermionic emission at the Schottky
contact〃The line width of Schottky contact in the active area，with a direct impact on the forward current
density as well as the reverse leakage current，is critical in the design of the high performance device〃
Key words: 4H-SiC; Schottky diode; high voltage; current density; breakdown voltage
EEACC: 2560H
0
引言
碳化硅
( SiC)
作为宽禁带半导体材 料
，
材 料
、
器件
、
应用都已经得到广泛的研究
［1 － 4］
率因数校正电路
( PFC) 、
光伏
( PV)
逆变器等领
域开始得到广泛应用
。
因为其几乎无反向恢复电
流
，
并且恢复特性不受温度影响
［6］
，
在模块和系
。
由于理论
。
目前 国际
统应用中提升效率的作用非常明显
［7］
上已经有
600 ～ 1 700 V
规格的
SiC
肖特基二极 管产
品
，
并且
Ｒohm
和
Cree
等一些公司都已经推 出了
SiC MOSFET
产品
。
国内
，
泰科天润公司也已 经推
出了
600 ～ 1 700 V
的一系列
SiC
肖特基二极管 产品
［5］
导通电阻约比
Si
低
3
个数量级
，SiC
肖特基二极管
也非常适用于
3 300 V
及以上的应用场合
，
在轨道
交通
、
电力系统等高压领域有广泛的应用前景
。
因
此
，
研制
3 300 V SiC
肖特基二极管具有非常重要
的价值
。
本文报道了
3 300 V，10 A
肖特基二极
管
，
在工作电流为
10 A
时的正向压降为
1. 7 V。
。600 ～ 1 700 V
的
SiC
肖特基二极管在功
E-mail: niwj@ globalpowertech〃 cn
倪炜江
: 3 300 V-10 A SiC
肖特基二极管
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶
1
器件结构与制作
器件 制 作 在
4H n
型
4
英 寸
( 1
英 寸
=
2. 54 cm) SiC
外延片上
，
制作过程在泰科天润公
司的
4
英寸三代半导体生产线上完成
。
图
1
为肖特
基二极管器件结构示意图
。4H SiC n
型外延材料的
外延层浓度为
3 × 10
15
cm
－ 3
，
厚度为
30
μ
m。
器件
有源区采用结势垒肖特基二极管
( junction barrier
Schottky diode， JBS )
结 构
，
结 终 端 为 场 限 环
( field limiting ring，FLＲ)
结构
。
图中
p
+
表示高浓
度
p
型掺杂区域
。
有源区的
p
+
条和场限环的
p
+
环
同时形成
。
相比于结终端扩展
( junction termination
extension，JTE)
结构可以减少工艺步骤
，
简化工
艺流程
。
有源区
p
+
条之间的间隔为
S，
即肖特基
接触的宽度
。
场限环结终端的
Silvaco
仿真结果使
用的结构是相同结终端的
pn
二极管
，
外延层材料
也与上文参数一致
。
用
pn
二极管模型仿真可以消
除有源区肖特基接触对反向漏电流的影响
。
仿真所
用到的
4H-SiC
的迁移率
、
碰撞电离系数等物理参
数参考文献
［8 ］，
并与其使用的参数一 致
。
图
2
是击穿电压仿真结果
，
结果显示可达到
4 200 V。
图
3 ( a)
显示在
4 200 V
反偏电压下的电场分布
，
最大电场在主结的边缘
，
电场逐渐向器件边缘扩
展
。
其中横坐标
x
值表示距离主结的宽度
，
纵坐标
y
表示距离
SiC
材料表面的深度
。
图
3 ( b)
是在
pn
结深处
( 0. 8
μ
m)
的电场分布
，
电场从主结向
边缘非常均匀的下降
，
距离主结约
170
μ
m
外电场
已显著下降
，
因此
，
场限环结构非常好的起到了终
端保护的作用
。
图
1
肖特基二极管器件结构示意图
Fig. 1 Cross section schematic of Schottky diode
图
2
结终端结构的击穿电压仿真结果
Fig. 2 Breakdown voltage simulation results of the junction
termination structure
( a) 4 200 V
时的二维电场分布
( b) pn
结深处
(
距外延层表面
0. 8
μ
m)
的电场分布
图
3 4 200 V
反偏电压下的电场分布
Fig. 3 Electric field distribution at 4 200 V reverse bias
器件的制作工艺非常简单
。
先在
SiC
晶圆上刻
蚀出对准标记
，
然后形成离子注入掩膜
，
进行
Al
离子注入
，
去除掩膜后激活退火
，
形成浓度为
1 ×
10
19
/ cm
3
，
结深为
0. 8
μ
m
的
p
+
掺杂区
(
有源区和
结终端结构
) 。
随后
，
相继在器件的背面做上欧姆
接触
，
正面淀积肖特基金属
，
肖特基金属用
Ti，Ti
4H-SiC
的势垒比较低
［9 － 10］
，
可以有效降低肖特基
二极管的开启电压
。
淀积
Al
金属作为阳极金属
，
最后做上聚酰亚胺钝化层
，
固化后厚度为
6
μ
m。
值得注意的是
，SiC
掺杂激活的温度非常高
，
在
倪炜江
: 3 300 V-10 A SiC
肖特基二极管
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶
1 650 ℃ ，30 min
条件下进行
。
2
结果和讨论
静态直流 电 测 试 用
Cascade
探 针 台 和
Agilent
B1505A
测试仪
，
高压测试在浙江大学电机系实验
室完成
。
测试都是在室温环境下
，
高压测试时晶圆
放在惰性液体里以避免高压下空气击穿造成的影
2 2
响
。
芯片面积为
16 mm，
有源区面积
10. 3 mm
。
随着电压的增加
，
漏电流显著上升
，
主要是热场发
射电子产生的电流
。
另外
，
在
3 500 V
电压时仍没
有到达雪崩
。
为了分析结终端的耐压能力
，
测试了同一晶圆
2
上的一个
pn
二极管
，
器件面积为
1. 69 mm，
有源
2
区面积为
0. 25 mm
。
图
5
为在同一晶圆上的
SiC
pn
二极管的反偏
I-V
测试曲线图
，
得到击穿电压为
4 000 V，
达到仿真结果的
95% 。
因此
，JBS
二极
图
4 ( a)
为器件的正向
I-V
测试曲线图
，
在
V
F
=
2
1. 7 V
时
，I
F
= 10. 3 A，
电流 密 度 为
100 A / cm ，
相应的比导通电阻为
7. 77 m
Ω
·cm
2
。
理论计算得
到漂移层的比导通电阻为
6. 4 m
Ω
·cm
2
，
根据材料
厂商提供的信息
，
衬底材料的电阻率为
0. 02
Ω
· cm，
衬底的厚度为
360
μ
m，
因此衬底的串联
比导 通电阻为
0. 72 m
Ω
·cm
2
。
其他的比导通电阻
来自 于背面欧姆接触
、JBS
区域的表面肖特基面积
减小 增加的比导通电阻
，
以及测试线路的寄生电阻
等
，
共
0. 65 m
Ω
·cm
2
。
图
4 ( b)
为器件的反偏
I-
V
测 试结果图
。
在反向直流偏置电压
3 300 V
下
，
漏电
Ｒ
流
I = 226
μ
A，
漏电流密度为
2. 2 mA / cm
2
。
器件 的反向漏电流表现出明显的肖特基势垒特征
。
( a)
正向
I-V
曲线
( b)
反向
I-V
曲线
图
4 3 300 V，10 A SiC
肖特基二极管的正向和反向
I-V
曲线
Fig. 4 3 300 V，10 A SiC SBD forward and reverse I-V curve
管最主要的漏电流是来自有源区的肖特基势垒处
，
［11］
特别是表面的缺陷和粗糙会显著增加漏电流
。
减小漏电流的方法可以通过调节有源区肖特基接触
的宽度
S (
亦即
p
+
区之间的间隔
，
如图
1 )
来实
现
［12］
。
减小宽度
S，
反偏电压下肖特基结可以更
容易被耗尽
，
从而减小反偏下的漏电流
。
另一方面
因为
pn
二极管在正向工作电压下并不导通
，
因此
会相应增加导通电阻
。
测试比较同一晶圆上的
pn
二极管和各种不同宽度
S
的
JBS
二极管以及纯肖特
基二极管
。
器件面积与有源区面积都相同
，
分别为
1. 69 mm
2
和
0. 25 mm
2
。
图
5
同晶圆上
SiC pn
二极管的反偏
I-V
曲线
Fig. 5 Ｒeverse I-V curve of SiC pn diode on the same wafer
图
6 ( a)
为有源区不同肖特基接触宽度
( S)
的
JBS
的 正 向
I-V
测 试 曲 线 图
，
图
6 ( b )
为 图
6 ( a)
在
V
F
= 1. 7 V
附近的正向电流密度
( J
F
)
比较
。
由图可见
，
随着
S
的减少
，
亦即肖特基区域 面积的
减少
，
正向导通电阻相应增加
。
在
V
F
= 1. 7 V
下的
正向电流密度
，
纯肖特基二极管与
S = 9
μ
m
的
JBS，
S = 4
μ
m
的
JBS，J
F
分别为
1. 29，1. 24
和
1. 11 A / mm
2
。
正向导通电阻的减少并不明显
。
这
是因为对于
30
μ
m
的厚外延材料
，
表面附近的
JBS
结构区的深度为
0. 8
μ
m，
电阻所占的比例非常小
。
然而
，
如果进一步减少肖特基接触宽度
S，
就有可
能在无正向电压时肖特基接触区就被临近
p
+
区所
耗尽
，
将会增加开启电压
，
显著降低电流能力
。
反
向漏电流密度
( J
Ｒ
)
随
S
的变化可以从图
7
得到
，
倪炜江
: 3 300 V-10 A SiC
肖特基二极管
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶
S
减少
，
反偏时临近
p
+
区对肖特基区的屏蔽增强
，
漏电流也随之减小
。
因此
，
减小反向漏电流与增加
电流密度是一个折衷的选择
，
需要根据具体的应用
需求而选择
。
( a)
正向电流密度测试结果
( b)
正向电流密度在
V
F
= 1. 7 V
时比较
图
6
不同肖特基接触宽度的
JBS
的正向
I-V
曲线
Fig. 6 Forward I-V curves of the JBS with different Schottky
contact widths
图
7
不同肖特基接触宽度的
JBS
的反向
I-V
曲线
Fig. 7 Ｒeverse I-V curves of JBS with different Schottky
contact widths
3
结论
一种高压
SiC
肖特基二极管
，
采用了
JBS
结构
设计
，
结终端为场限环结构
。
一次离子注入同时形
成有源区和场限环结 构
。
器件的反向耐压达到
3 300 V，
正 向 电 流 为
10. 3 A，
电 流 密 度 达 到
100 A / cm
2
，
比导通电阻
7. 77 m
Ω
·cm
2
，
接近理论
值
。
场限环结终端的击穿能力能够达到
4 000 V，
是仿真计算值
4 200 V
的
95% 。
分析了影响导通电
阻和反向漏电流的因素
。
减少
JBS
结构中的肖特基
接触宽度可以减少反向漏电流
，
但也会增加导通电
阻
，
并且如果线宽非常小
，
可能会增加开启电压
。
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下转第
866
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不同结构
nMOS
管的总剂量辐射效应
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶
一定范围内抵消了辐射引入氧化层电荷对阈值电压 的
影响
，
从而使得跨导出现了下降
。
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1190〃
(
收稿日期
: 2014－05－23)
作者简介
:
闫旭亮
( 1990—) ，
男
，
山西忻州人
，
硕
士研究生
，
研究方向为
CMOS
图像传感器和单
光子雪崩二极管
;
4
结论
射线辐射导致的氧化物陷阱电荷及界面陷阱电
荷受到栅氧厚度
、
偏置电压大小
、
辐射总剂量以及
剂量率等多种因素影响
，
受条件所限
，
实验中未加
偏置电压
。
从实验结果来看
，
在辐射之后
，n
型场
效应晶体管的漏电流有所增加
、
跨导减小
、
阈值电
压向负向漂移
;
辐射加固晶体管在漏电流性能上较
未加固晶体管更好
，
且全环形栅结构效果略优于半
环形栅结构
，
但在跨导改变和阈值电压漂移上加固
晶体管未能表现出其更优的性能
。
由于阈值电压漂
移受栅氧厚度影响很大
，
而此次流片工艺栅氧厚度
为
13 nm，
采用更薄栅氧厚度的工艺进行流片可以
改善该情况
。
参考文献
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935〃
孟丽娅
( 1976—) ，
女
，
上海人
，
博士
，
副教授
，
研究方向为 半
导体光电器件和固体图像传感器
。
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶
(
上接第
825
页
)
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670〃
(
收稿日期
: 2014－06－19)
作者简介
:
倪炜江
( 1981—) ，
男
，
浙江绍兴人
，
硕
士
，
从事
SiC
器件的研发工作
。
2024年9月10日发(作者：秦正平)
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶
DOI: 10〃 13290 / j〃 cnki〃 bdtjs〃 2014〃 11〃 005
3 300 V-10 A SiC
肖特基二极管
倪炜江
(
泰科天润半导体科技
(
北京
)
有限公司
，
北京
100192)
摘要
:
利用一次离子注入同时形成有源区和结终端结构
，
实现
3 300 V 4H-SiC
肖特基二极
2
管
。
器件的正向电压为
1. 7 V
时
，
电流达到
10. 3 A，
相应电流密度为
100 A / cm，
比导通电阻为
7. 77 m
Ω
·cm
2
。
在
3 300 V
反向偏置电压下反向漏电流为
226
μ
A。
测试同一晶圆上的
pn
二极管
显示
，
设计的场限环结终端击穿电压可以达到
4 000 V，
达到仿真结果的
95% 。
分析发现肖特基
二极管的漏电流主要由肖特基接触的热场电子发射产生
，
有源区的肖特基接触线宽直接影响器件 的
正向电流密度和反向漏电流
。
设计合适的肖特基接触宽度是实现高性能器件的关键
。
关键词
: 4H-SiC;
肖特基二极管
;
高压
;
电流密度
;
击穿电压
中图分类号
: TN311. 7; TN304. 24
文献标识码
: A
文章编号
: 1003 －353X ( 2014) 11 －0822 －04
3 300 V-10 A SiC Schottky Diodes
Ni Weijiang
( Global Power Technology ( Beijing) Co
．
，Ltd
．
，Beijing 100192，China)
Abstract: 3 300 V 4H-SiC Schottky diodes were realized with the active area and edge termination
structure formed simultaneously by a single ion-implantation step〃 The forward current is 10. 3 A，the
corresponding current density is 100 A / cm
2
，the specific resistance is 7. 77 m
Ω
·cm
2
and the forward
voltage drop is 1. 7 V〃 The reverse leakage current is 226
μ
A at 3 300 V reverse bias〃 The measurement
results on the pn diode test structure on the same wafer indicates that the field limit ring termination struc-
ture could sustain a break down voltage of 4 000 V，which is 95% of the simulation value〃 Analysis re-
sults show the majority of the leakage current comes from the thermionic emission at the Schottky
contact〃The line width of Schottky contact in the active area，with a direct impact on the forward current
density as well as the reverse leakage current，is critical in the design of the high performance device〃
Key words: 4H-SiC; Schottky diode; high voltage; current density; breakdown voltage
EEACC: 2560H
0
引言
碳化硅
( SiC)
作为宽禁带半导体材 料
，
材 料
、
器件
、
应用都已经得到广泛的研究
［1 － 4］
率因数校正电路
( PFC) 、
光伏
( PV)
逆变器等领
域开始得到广泛应用
。
因为其几乎无反向恢复电
流
，
并且恢复特性不受温度影响
［6］
，
在模块和系
。
由于理论
。
目前 国际
统应用中提升效率的作用非常明显
［7］
上已经有
600 ～ 1 700 V
规格的
SiC
肖特基二极 管产
品
，
并且
Ｒohm
和
Cree
等一些公司都已经推 出了
SiC MOSFET
产品
。
国内
，
泰科天润公司也已 经推
出了
600 ～ 1 700 V
的一系列
SiC
肖特基二极管 产品
［5］
导通电阻约比
Si
低
3
个数量级
，SiC
肖特基二极管
也非常适用于
3 300 V
及以上的应用场合
，
在轨道
交通
、
电力系统等高压领域有广泛的应用前景
。
因
此
，
研制
3 300 V SiC
肖特基二极管具有非常重要
的价值
。
本文报道了
3 300 V，10 A
肖特基二极
管
，
在工作电流为
10 A
时的正向压降为
1. 7 V。
。600 ～ 1 700 V
的
SiC
肖特基二极管在功
E-mail: niwj@ globalpowertech〃 cn
倪炜江
: 3 300 V-10 A SiC
肖特基二极管
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶
1
器件结构与制作
器件 制 作 在
4H n
型
4
英 寸
( 1
英 寸
=
2. 54 cm) SiC
外延片上
，
制作过程在泰科天润公
司的
4
英寸三代半导体生产线上完成
。
图
1
为肖特
基二极管器件结构示意图
。4H SiC n
型外延材料的
外延层浓度为
3 × 10
15
cm
－ 3
，
厚度为
30
μ
m。
器件
有源区采用结势垒肖特基二极管
( junction barrier
Schottky diode， JBS )
结 构
，
结 终 端 为 场 限 环
( field limiting ring，FLＲ)
结构
。
图中
p
+
表示高浓
度
p
型掺杂区域
。
有源区的
p
+
条和场限环的
p
+
环
同时形成
。
相比于结终端扩展
( junction termination
extension，JTE)
结构可以减少工艺步骤
，
简化工
艺流程
。
有源区
p
+
条之间的间隔为
S，
即肖特基
接触的宽度
。
场限环结终端的
Silvaco
仿真结果使
用的结构是相同结终端的
pn
二极管
，
外延层材料
也与上文参数一致
。
用
pn
二极管模型仿真可以消
除有源区肖特基接触对反向漏电流的影响
。
仿真所
用到的
4H-SiC
的迁移率
、
碰撞电离系数等物理参
数参考文献
［8 ］，
并与其使用的参数一 致
。
图
2
是击穿电压仿真结果
，
结果显示可达到
4 200 V。
图
3 ( a)
显示在
4 200 V
反偏电压下的电场分布
，
最大电场在主结的边缘
，
电场逐渐向器件边缘扩
展
。
其中横坐标
x
值表示距离主结的宽度
，
纵坐标
y
表示距离
SiC
材料表面的深度
。
图
3 ( b)
是在
pn
结深处
( 0. 8
μ
m)
的电场分布
，
电场从主结向
边缘非常均匀的下降
，
距离主结约
170
μ
m
外电场
已显著下降
，
因此
，
场限环结构非常好的起到了终
端保护的作用
。
图
1
肖特基二极管器件结构示意图
Fig. 1 Cross section schematic of Schottky diode
图
2
结终端结构的击穿电压仿真结果
Fig. 2 Breakdown voltage simulation results of the junction
termination structure
( a) 4 200 V
时的二维电场分布
( b) pn
结深处
(
距外延层表面
0. 8
μ
m)
的电场分布
图
3 4 200 V
反偏电压下的电场分布
Fig. 3 Electric field distribution at 4 200 V reverse bias
器件的制作工艺非常简单
。
先在
SiC
晶圆上刻
蚀出对准标记
，
然后形成离子注入掩膜
，
进行
Al
离子注入
，
去除掩膜后激活退火
，
形成浓度为
1 ×
10
19
/ cm
3
，
结深为
0. 8
μ
m
的
p
+
掺杂区
(
有源区和
结终端结构
) 。
随后
，
相继在器件的背面做上欧姆
接触
，
正面淀积肖特基金属
，
肖特基金属用
Ti，Ti
4H-SiC
的势垒比较低
［9 － 10］
，
可以有效降低肖特基
二极管的开启电压
。
淀积
Al
金属作为阳极金属
，
最后做上聚酰亚胺钝化层
，
固化后厚度为
6
μ
m。
值得注意的是
，SiC
掺杂激活的温度非常高
，
在
倪炜江
: 3 300 V-10 A SiC
肖特基二极管
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶
1 650 ℃ ，30 min
条件下进行
。
2
结果和讨论
静态直流 电 测 试 用
Cascade
探 针 台 和
Agilent
B1505A
测试仪
，
高压测试在浙江大学电机系实验
室完成
。
测试都是在室温环境下
，
高压测试时晶圆
放在惰性液体里以避免高压下空气击穿造成的影
2 2
响
。
芯片面积为
16 mm，
有源区面积
10. 3 mm
。
随着电压的增加
，
漏电流显著上升
，
主要是热场发
射电子产生的电流
。
另外
，
在
3 500 V
电压时仍没
有到达雪崩
。
为了分析结终端的耐压能力
，
测试了同一晶圆
2
上的一个
pn
二极管
，
器件面积为
1. 69 mm，
有源
2
区面积为
0. 25 mm
。
图
5
为在同一晶圆上的
SiC
pn
二极管的反偏
I-V
测试曲线图
，
得到击穿电压为
4 000 V，
达到仿真结果的
95% 。
因此
，JBS
二极
图
4 ( a)
为器件的正向
I-V
测试曲线图
，
在
V
F
=
2
1. 7 V
时
，I
F
= 10. 3 A，
电流 密 度 为
100 A / cm ，
相应的比导通电阻为
7. 77 m
Ω
·cm
2
。
理论计算得
到漂移层的比导通电阻为
6. 4 m
Ω
·cm
2
，
根据材料
厂商提供的信息
，
衬底材料的电阻率为
0. 02
Ω
· cm，
衬底的厚度为
360
μ
m，
因此衬底的串联
比导 通电阻为
0. 72 m
Ω
·cm
2
。
其他的比导通电阻
来自 于背面欧姆接触
、JBS
区域的表面肖特基面积
减小 增加的比导通电阻
，
以及测试线路的寄生电阻
等
，
共
0. 65 m
Ω
·cm
2
。
图
4 ( b)
为器件的反偏
I-
V
测 试结果图
。
在反向直流偏置电压
3 300 V
下
，
漏电
Ｒ
流
I = 226
μ
A，
漏电流密度为
2. 2 mA / cm
2
。
器件 的反向漏电流表现出明显的肖特基势垒特征
。
( a)
正向
I-V
曲线
( b)
反向
I-V
曲线
图
4 3 300 V，10 A SiC
肖特基二极管的正向和反向
I-V
曲线
Fig. 4 3 300 V，10 A SiC SBD forward and reverse I-V curve
管最主要的漏电流是来自有源区的肖特基势垒处
，
［11］
特别是表面的缺陷和粗糙会显著增加漏电流
。
减小漏电流的方法可以通过调节有源区肖特基接触
的宽度
S (
亦即
p
+
区之间的间隔
，
如图
1 )
来实
现
［12］
。
减小宽度
S，
反偏电压下肖特基结可以更
容易被耗尽
，
从而减小反偏下的漏电流
。
另一方面
因为
pn
二极管在正向工作电压下并不导通
，
因此
会相应增加导通电阻
。
测试比较同一晶圆上的
pn
二极管和各种不同宽度
S
的
JBS
二极管以及纯肖特
基二极管
。
器件面积与有源区面积都相同
，
分别为
1. 69 mm
2
和
0. 25 mm
2
。
图
5
同晶圆上
SiC pn
二极管的反偏
I-V
曲线
Fig. 5 Ｒeverse I-V curve of SiC pn diode on the same wafer
图
6 ( a)
为有源区不同肖特基接触宽度
( S)
的
JBS
的 正 向
I-V
测 试 曲 线 图
，
图
6 ( b )
为 图
6 ( a)
在
V
F
= 1. 7 V
附近的正向电流密度
( J
F
)
比较
。
由图可见
，
随着
S
的减少
，
亦即肖特基区域 面积的
减少
，
正向导通电阻相应增加
。
在
V
F
= 1. 7 V
下的
正向电流密度
，
纯肖特基二极管与
S = 9
μ
m
的
JBS，
S = 4
μ
m
的
JBS，J
F
分别为
1. 29，1. 24
和
1. 11 A / mm
2
。
正向导通电阻的减少并不明显
。
这
是因为对于
30
μ
m
的厚外延材料
，
表面附近的
JBS
结构区的深度为
0. 8
μ
m，
电阻所占的比例非常小
。
然而
，
如果进一步减少肖特基接触宽度
S，
就有可
能在无正向电压时肖特基接触区就被临近
p
+
区所
耗尽
，
将会增加开启电压
，
显著降低电流能力
。
反
向漏电流密度
( J
Ｒ
)
随
S
的变化可以从图
7
得到
，
倪炜江
: 3 300 V-10 A SiC
肖特基二极管
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶
S
减少
，
反偏时临近
p
+
区对肖特基区的屏蔽增强
，
漏电流也随之减小
。
因此
，
减小反向漏电流与增加
电流密度是一个折衷的选择
，
需要根据具体的应用
需求而选择
。
( a)
正向电流密度测试结果
( b)
正向电流密度在
V
F
= 1. 7 V
时比较
图
6
不同肖特基接触宽度的
JBS
的正向
I-V
曲线
Fig. 6 Forward I-V curves of the JBS with different Schottky
contact widths
图
7
不同肖特基接触宽度的
JBS
的反向
I-V
曲线
Fig. 7 Ｒeverse I-V curves of JBS with different Schottky
contact widths
3
结论
一种高压
SiC
肖特基二极管
，
采用了
JBS
结构
设计
，
结终端为场限环结构
。
一次离子注入同时形
成有源区和场限环结 构
。
器件的反向耐压达到
3 300 V，
正 向 电 流 为
10. 3 A，
电 流 密 度 达 到
100 A / cm
2
，
比导通电阻
7. 77 m
Ω
·cm
2
，
接近理论
值
。
场限环结终端的击穿能力能够达到
4 000 V，
是仿真计算值
4 200 V
的
95% 。
分析了影响导通电
阻和反向漏电流的因素
。
减少
JBS
结构中的肖特基
接触宽度可以减少反向漏电流
，
但也会增加导通电
阻
，
并且如果线宽非常小
，
可能会增加开启电压
。
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不同结构
nMOS
管的总剂量辐射效应
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶
一定范围内抵消了辐射引入氧化层电荷对阈值电压 的
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何承发
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射线
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范雪
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(
收稿日期
: 2014－05－23)
作者简介
:
闫旭亮
( 1990—) ，
男
，
山西忻州人
，
硕
士研究生
，
研究方向为
CMOS
图像传感器和单
光子雪崩二极管
;
4
结论
射线辐射导致的氧化物陷阱电荷及界面陷阱电
荷受到栅氧厚度
、
偏置电压大小
、
辐射总剂量以及
剂量率等多种因素影响
，
受条件所限
，
实验中未加
偏置电压
。
从实验结果来看
，
在辐射之后
，n
型场
效应晶体管的漏电流有所增加
、
跨导减小
、
阈值电
压向负向漂移
;
辐射加固晶体管在漏电流性能上较
未加固晶体管更好
，
且全环形栅结构效果略优于半
环形栅结构
，
但在跨导改变和阈值电压漂移上加固
晶体管未能表现出其更优的性能
。
由于阈值电压漂
移受栅氧厚度影响很大
，
而此次流片工艺栅氧厚度
为
13 nm，
采用更薄栅氧厚度的工艺进行流片可以
改善该情况
。
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孟丽娅
( 1976—) ，
女
，
上海人
，
博士
，
副教授
，
研究方向为 半
导体光电器件和固体图像传感器
。
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶
(
上接第
825
页
)
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(
收稿日期
: 2014－06－19)
作者简介
:
倪炜江
( 1981—) ，
男
，
浙江绍兴人
，
硕
士
，
从事
SiC
器件的研发工作
。