4H-SiC MOSFET交流特性的仿真和研究

李国鑫

（上海电力大学 上海市 200090）

1 引言

碳化硅(SiC)材料作为一种很有前途的材料，在过去的几年里引起了广泛的关注，它经常用于制造高温和恶劣环境下的动力装置，即在高辐射和高功率的环境中有较为广泛的应用。与传统半导体相比，碳化硅有较宽的带隙，这对于陷阱的形成具有更大的电阻性。由于SiO2/SiC 存在较高的界面态密度而导致了碳化硅器件的使用存在一定的可靠性隐患，这极大阻碍了碳化硅功率器件的的广泛应用[1]。当设备运行时，由于陷阱和界面电荷的存在，当碳化硅基设备处于辐射条件下时，存在被降解的风险。为了利用碳化硅生产可靠的功率器件，必须要研究无缺陷材料的可用性。尽管这种材料的的物理性质是未知的，但它对精确的器件模拟极为重要。因此陷阱的行为及其对设备性能和可靠性的影响依旧处于研究中[2]。此外，在SiC 材料中可以观察到器件物理的一些独特特性与宽禁带特性有关，但这些特性在Si 中没有显示出来[3]。本文通过计算机辅助模拟技术，深入研究了氮掺杂和铝掺杂MOS 结构在不同界面态对交流特性的影响。最后解释了器件中栅偏置的长期存在的电不稳定性是陷阱与界面电荷等其他因素导致的。

图1：碳化硅MOS 结构

2 4H-SiC MOSFET器件结构

为了深入理解4H-SiC MOSFET 所涉及的基本现象，本文建立了一个碳化硅功率器件，在此器件的基础上可以将器件分解为两种不同的结构并且分别研究它们的交流特性，为了验证模型的是否正确建立，首先仿真了碳化硅功率器件的阈值电压和转移特性，结构如图1所示，仿真结果如图2和图3，可以发现模拟结果与实际理论较为一致，所以可判定碳化硅功率器件模型的正确建立。……