掺碳SiGe二极管反向阻断特性模拟与机理分析

掺碳SiGe二极管反向阻断特性模拟与机理分析

第4 2卷第 l 2期20 0 8年 l 2月

电力电子技术P we e tonc o rElc r is

V l 2 o1 o - N .2 4 De e e, 0 8 c mb r 2 0

掺碳 SG二极管反向阻断特性模拟与机理分析 ie刘静，高勇 (安理 1大学，陕西西安西 70 4 ) 10 8

摘要：深入研究了掺碳 SG (i e ) i eSG C功率一二极管的反向阻断特性，给出了详细的机理分析与同结构 SG二极管相 ie比，i e极管的热稳定性显著提高， SG C反向漏电流明显减小，击穿电压也有所增加，且随着温度的升高，其优势更加明显。与少子寿命控制技术相比， SG CS异质结极管有效协调了降低通态电压、小反向漏电流、短反向恢该 ie/i二减缩

复时间 3者之间的矛盾。其较好的热稳定性降低了对器件后续制作工艺的限制，而且无需采用寿命控制技术 .在制作过程中可调节 G, e C含量来对异质结能带结构进行剪裁，折中优化器件性能，给器件设计提供了更大的自由度。关键词：导体■极管：拟/断特性；寿命控制半模阻中图分类号： N 1 T 3 3. 4文献标识码： A文章编号：0 0 l O 2 0 ) 2 0 4— 4 10一 O X( 0 8 1— 0 2 0

Re e s o k n a a t r si sSi u a i n a e ha im v r e Bl c i g Ch r c e itc m l to nd M c n s Ana y i fSi l sso Ge Di d swih Ca bo n O p r i n o e t r n I c r O atOL U Jn I ig,GAO Yo g n

( ia nvrt eh o g, ia 10 8 C i ) X’nU i s yo cnl y X’l7 04, hn e i fT o, l aAb t a t T e r v r e bo k n h r c e siso i e p we id sw t a b n i c r o ai n a e s d e e p y a d t er sr c: h e e s lc i g c a a t r t fS G o rdo e i c r o op r t r t id d e l n h i i c h n o ume h n s r lo gv n C mp rd t i e d o e t h a t t r s t e t ema tb l y i i rv d rmak c a i

ms a e a s ie . o ae o S G id s wi t e s me smcu e,h h r lsa i t s mp o e e r— h i a l r v r e la a e c re ti e u e a g l n r a d wn v l g s i c e s d t o xe tf rS Ge i d s h by,e e s e k g u r n s rd c d lr ey a d b e k o o t e i n r a e o s me e tn o i C d o e . e a T a v n a e f i C d o e r r b iu thg e e au eC mp rd t i t o to e h o o y o n rt a— d a t g s o Ge id sa e mo e o vo sa ih tmp r t r . o a e o l ei c n r l c n l g f S f me t mio y c r i r r t e c n r d cin mo g d c e sn n s t ot g,e u i g r v re la a e c re ta d s o t g r v re r c v r i,h o t i t s a n e r a i g o—t e v l e r d cn e e s e k g u r n n h ri e e s e o e y e a o a a n t r o r i ae f c ieyT e h g h r l sa i t ft e d v c s r d c s te r sr t n n s b e u n r c s i me ae c o d n td e f t l .h ih te ma tb l y o h e i e e u e h e t c i s o u s q e tp o e s e v i i o

adi o b nf o e t rt n h ei h rc r t s a eo t zdb dut gG n o t t wtot n f ee topw rne ao . edv ecaat ii nb pi e yajsn ea dC cne s i u s it i g i T c e sc c mi i n hl ei o t ltc n lg, ih p o i e o e f e o rd v c e i n it f me c nr e h oo y whc r vd sl r r d msf e i e d sg . o n e o Ke wo d:e c n u trd o e;smu ai n/ lc ig c aa trsi;l e i o t l y r s s mio d co id s i l t o bo kn h rc

e t i c it f mec n r o

F u d t nP oetS po e yteN tn l aua S i c o n ao f hn ( o5 47 1 )teS eii dR— o n ai rjc:u pr db ao a N trl c neFu d tno ia N . 7 0 2; p c le e o t h i e i C 0 h az sac u dfr h ot a Porm o ihr d ct no hn ( o 05 7 0 0 )teF u dt no E cl n o— erhF n eD c rl rga f ge u ao f ia N . 0 0 00 6; on a o f xel t c ot o H E i C 2 h i e Dtr 1Dis ra in o ’ n Unie st fTe h lg o a se to fXi a t v riy o c noo y

1引言 随着电力电子技术的发展。开关器件的工作频主率不断提高，率二极管性能的要求也越来越高_对功 l 1。既要求其正向压降低、向耐压高、向漏电流小，反反又要求其具有快而软的反向恢复特性。传统的 S pi i—n —功率二极管由于其材料特性的局限性，很难实现降低通态电压、减小反向漏电流与缩短反向恢复时间 3者的良好折中。在二极管寿命控制技术中，过减通

正向压降升高 .影响二极管的正向导通特性。因此， 寿命控制技术对二极管反向恢复特性的改进 .是以

牺牲器件的通态特性和反向阻断特性为代价的[ 2 1 SG ie是种重要的 s基应变材料 .属于可变 i组分材料系统，借助异质结来提升器件的性能。可 尽管 SG i e异质结器件因其晶格失配率较高 .在高

产出率、大面积、缺陷的 SG/i质外延等技术低 ieS异领域中还存在若干挑战性难题，但掺碳 SG ie (i e )料的出现 .以从根本上解决 SG SG C材可 i e异质

小大注入寿命可缩短二极管的反向恢复时间，但该技术的缺点是，引入的高浓度复合中心也是产生中心，导致空间电荷寿命下降，漏电流上升；外，会使另 复合中心由于补偿作用会使 n区电阻率增加 .导致 -基金项目：家自然科学基金资助项目(0 7 02;等学国 547 1)高 校博士学科点专向科研基金资助项目(0

5 7— 20 0 000 )西安理工大学优秀博士学位论文研究基金 06;资助项目 定稿日期：0 8 O— 6 2 0一 9 2

结器件的晶格失配问题，同时有成本低廉的 s衬底 i和 S工艺作后盾。i e i SG C异质结器件不失为一种具

有价格竞争力潜质的产品国际上已经有很多关于用 SG C合金材料制作 MO ie S器件和光电器件的相关报道 l认为 C的引入大大提高了 SG 4 l, ie合金材料的热稳定性，有关 SG C合金材料应用于功率器但 ie

件的研究还鲜有报道在此将异质结能带工程应用于功率半导体器件

作者简介： 静 (9 2 )女，徽临泉人，士研究生，刘 18一，安博研究方向为新型半导体材料与器件、42

的特性改进，对 SG C二极管的反向阻断特性进行 ie了深入研究，出了详细的机理分析给

掺碳SiGe二极管反向阻断特性模拟与机理分析

掺碳 SG二极管反向阻断特性模拟与机理分析 ie

2器件结构及机理分析 SG C ie异质结二极管采用如同 pi .n二极管的 3— 层结构，如图 1示。其阳极区为 p掺杂的 SG C所 ie层.阴极区为 n掺杂的 s层 .+ i阳极和阴极之间是低掺杂浓度的 n区。l区的存在大大改善了二极管的 - q -反向耐压能力 .二极管的反向耐压强烈地依赖于 n一区的厚度和掺杂浓度，因此二极管中 n区的厚度可 -以根据反向耐压进行选择，大大拓宽了二极管的应用领域但功率二极管正向导通时的电导调制效应在有效降低正向导通压降的同时，也带来了二极管反向恢复时载流子的抽取复合问题[ 5 1。

基于耗尽近似理论，即假设异质结两侧空间电

荷区内载流子都是耗尽的。少子可以忽略不计来分析 SG CS异质结， i e/i可得到 SG CS异质结二极管 i e/i在较小正向偏压下的电流电压关系为：

( — E[( )]1譬 q-ce _ ( V￣)p 1 ) D一x Z式中：为外加电压； 电子扩散系数； 。 D为，为扩散长度。 J

在较小正向偏压下 .ie/i质结能带满足 SG CS异负反向势垒情形，由式 ( )见，时二极管两端的 1可此

电流和电压呈指数关系变化。当正

向电压增大时，但SG CS …… 此处隐藏：10176字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……