本文主要研究了通过TCAD仿真技术探索新型SiC/Si异质结功率MOSFET,该MOSFET采用了一种叫做击穿点转移(Breakdown Point Transfer,简称BPT)的端子技术。这一技术的应用目的是改进传统功率MOSFET在击穿电压(Breakdown Voltage,简称BV)和特定开启电阻(specific on-resistance,简称RON,sp)之间的权衡折中。在研究中,发现通过BPT技术能够将击穿点从高电场区域转移到低电场区域,从而在保持与传统Si功率MOSFET相同器件参数的情况下显著提升击穿电压。此外,还发现当增加沟槽氧化层的深度时,可以同时获得更高的击穿电压和更低的特定开启电阻,这在传统Si U-MOSFET中是无法实现的。这种技术打破了硅和超级结VDMOS(double-diffused MOSFET)的性能限制,为SiC/Si U-MOSFET的性能提升提供了新的可能。
以下详细阐释了本文提及的相关知识点:
1. SiC/Si异质结功率MOSFET:该器件是一种在SiC(碳化硅)和Si(硅)材料上形成的异质结功率MOSFET,具有高击穿电压和低导通电阻的特性,使其在功率电子系统中具有广泛的应用前景。
2. 击穿点转移(Breakdown Point Transfer,BPT)技术:这是一种创新的端子技术,通过在器件内部将击穿点转移至电场较低的区域,以此来提高器件整体的击穿电压。这项技术对于功率MOSFET的电学特性改善有着重要的意义。
3. 击穿电压(Breakdown Voltage,BV):是指半导体器件能够承受的最大电压差,超过这个电压差器件将发生击穿损坏。在功率MOSFET中,击穿电压是衡量器件耐压能力的重要参数。
4. 特定开启电阻(specific on-resistance,RON,sp):也称为比导通电阻,是衡量功率MOSFET导通状态下的电阻值,表示单位面积的电阻大小。特定开启电阻越低,器件在工作时的能耗越低,效率越高。
5. TCAD仿真技术:即技术计算机辅助设计仿真技术,用于在计算机上模拟半导体器件的物理和电学特性,从而在实际生产前预测器件性能并进行设计优化。
6. VDMOS(vertical double-diffused MOSFET):垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管,是一种高压功率MOSFET结构,广泛应用于电源转换和功率控制领域。
7. 超级结VDMOS(super junction VDMOS):一种特殊设计的VDMOS结构,通过在漂移区引入交替的P型和N型层来增强耐压能力,减少导通电阻,从而达到比传统VDMOS更高的性能。
本文提出的SiC/Si异质结功率MOSFET采用BPT技术,提高了击穿电压,同时降低了特定开启电阻,打破了传统Si功率MOSFET的性能局限。研究还发现,通过改变沟槽氧化层的深度可以同时获得高击穿电压和低特定开启电阻,这种对器件物理结构的调整为功率半导体器件的未来发展提供了新的思路。该研究由中国的国家基础研究计划等项目部分资助。