高压结势垒肖特基二极管（JBS）的研究

【摘要】随着电力电子技术的的迅速发展,肖特基二极管(SBD)和PiN二极管为主的传统二极管己无法满足高频、大功率、低功耗的市场需求,前者击穿电压低、反向漏电大,而后者高频特性较差。由此结势垒肖特基二极管(JBS)应运而生,该结构将SBD结构和PiN结构巧妙地结合在一起,具有高耐压、低压降、小漏电、高频特性好及强抗过压和浪涌电流能力。被广泛应用于开关电源(SMPS)、功率因数校正(PFC)、变压器次级以及漏电保护(RCD)等电路中,具有巨大的应用价值和广阔的市场前景。为了进一步提高JBS二极管性能,本文采用场限环(FLR)终端结构,设计并制造了耐压达650V的硅基.JBS二极管。主要做了以下三方面的工作：1.系统地阐述了SBD、PiN和JBS二极管的工作原理,着重研究了外延选材对器件特性的影响。结果发现：在一定反向耐压要求下,采用穿通击穿设计外延材料能大幅度降低器件串联电阻。2.设计并制备了条状和同心圆结构二极管,其终端结构采用多道场限环加一道切断环组合结构。测试结果表明：器件漏电流小于20μA时,反偏压达到650V,正向电流为10A(电流密度为33.3A/cmm2)时,导通压降为1V；器件具有良好的热稳定性,在125℃条件下工作特性良好；器件势垒高度φBn在0.668～0.681eV之间,与理论值相当接近；零偏压下器件结电容为370pF,但此电容随着反偏压升高锐减,说明该电容对器件反向恢复特性影响较小,器件具有较好的频率特性。3.为进一步提高器件性能和成品率,利用Silvaco-TCAD软件仿真优化了器件结构参数和工艺流程,并提出了一种具有四道场限环终端的新结构器件。优化仿真发现具有两道场限环终端结构器件无法实现设计要求；具有三道场限环结构基本满足耐压要求,但耐压余量不足。考虑到实际工艺误差,最终采用反向耐压能达到680V的四道场限环终端结构；正向小电流条件下,器件具有类似SBD导通特性；大电流下,表现出近似PiN双极传导特性；肖特基导电沟道内电流成非均匀分布,在P+栅条边缘区域电流密度最大,沟道中心电流密度最小；器件导通压降为1V时,电流密度可达到127A/cm2。
【作者】陈菩祥；
【导师】刘肃；
【作者基本信息】兰州大学，微电子学与固体电子学，2014，硕士
【关键词】SBD二极管；PiN二极管；JBS二极管；FLR；仿真优化；

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