4H—SiC MESFET新结构的特性分析

彭强

【关键词】4H-SiC 击穿电压 饱和漏电流

高电子饱和漂移速率、高热导率、高临界击穿电场、宽禁带宽度等，是碳化硅材料的优良特性，在大功率、高温、高压和高频应用较为广泛。近几年来，把碳化硅材料用于金属半导体场效应晶体管生产与制造的研究日益增多，且取得了显著成就。有研究指出，与普通型结构击穿电压相比，双凹型结构出现大幅度下降，为了解决上述问题，现提出4H-SiC MESFET新型结构。

1 器件结构

基于双凹结构提出了4H-SiC MESFET新结构，该结构拥有浮空金属板与阶梯沟道。如图1所示。结构器件结构包括一个高掺杂的N+帽、N型沟道、P型缓冲层、半绝缘衬底，这些结构共同叠加成4H-SiC MESFET新结构，器件表面钝化层主要是Si3N4。

为了实现简化工艺目标，共同产生阶梯栅槽与通道，且两者的深沟槽厚度与浅沟槽厚度相同。栅金属和浮空金属成为镍（Ni），5.1eV是功函数。P缓冲层浓度、N沟道浓度和N+帽浓度，分别为5×1015cm-3、2.79×1017cm-3和2×1019cm-3。

器件结构参数如下：N沟道层厚度0.25μm，P-Buffer层厚度0.5μm，栅长（LG）0.7μm，下栅高度（h）0.05μm，下栅长（LG1/LG2）0.35/0.2μm，浅沟槽深度（h1）0.02μm，栅漏距离（LGD）1.8μm，栅源距离（LGS）0.5μm，漏长（LD）0.5μm，源长（LS）0.5μm，浅台阶宽度（L1）0.4μm，距离（S/W）0.4/0.5μm。

2 建立物理模型

运用器件仿真软件Atlas（Silvaco公司生产）实施二维器件仿真。基于连续性方程、基础泊松方程外，对载流自复合和产生充分考虑，将Auger与SRH模型加入其中；高电场环境下载流子速度出现饱和，加之浓度给载流子漂移速率产生一定影响，将Fldmob与Analytic迁移率模型加入其中；由于碳化硅材料中杂质具备不完全电离特征，将Incomplete不完全电离模型加入；因载流子碰撞电离，将Impact selb碰撞电离模型加入。……