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《西安电子科技大学》 2005年
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碳化硅场效应器件的模型及关键工艺技术研究

王平  
【摘要】:新型宽禁带半导体材料SiC兼有高饱和电子漂移速度、高击穿电场、高热导率等特点,在高温、大功率、高频、光电子、抗辐射等领域具有广阔的应用前景。作为最重要的SiC器件,SiC场效应器件(主要指SiC金属—半导体场效应晶体管,MESFET和金属—氧化物—半导体场效应晶体管,MOSFET)以及基于MOS技术的SiC CMOS电路更是受到了广泛的关注。 虽然目前碳化硅材料、场效应器件技术已取得很大的进展,但在理论模型及器件工艺方面仍有较多问题亟待解决。理论上,从器件物理的角度出发,建立和完善SiC场效应器件模型,以利于器件结构和电路设计,是目前SiC理论研究需要解决的问题。工艺上,受到实际水平的限制,即使在制造设备较为发达的国外,研究文献表明器件的制造工艺仍处于研发阶段,具体的工艺环节也在摸索之中。国内关于SiC基础工艺的研究刚刚起步,鉴于工艺条件和实践经验上的限制,需要对SiC场效应器件关键工艺技术进行实验研究以获得大量的工艺数据。 本文重点对SiC MESFET、MOSFET及CMOS倒相器特性进行了模型研究,并从实验的角度对影响SiC场效应器件特性的三个关键工艺—欧姆接触、氧化和刻蚀进行了系统研究,主要工作如下: (1)基于对6H-SiC自身能带结构的分析以及各向同性弛豫时间近似法,采用三椭球等能面、抛物线性简化,建立了适于模拟n型6H-SiC电子霍耳迁移率和霍耳散射因子的解析模型,精确描述了不同散射机制对于6H-SiC低场电子输运特性的影响;用系综蒙特卡罗法(Ensemble Monte Carlo,EMC)对高场条件下6H-SiC中的电子输运进行了数值模拟。得出了稳态条件下电子平均漂移速度、平均能量、能量驰豫时间、c轴方向碰撞电离率同高电场的关系以及电子横向漂移速度在不同阶跃电场强度下的瞬态变化规律。 (2)从器件内部载流子输运机理出发,考虑到载流子的冻析效应、漏源串连电阻的影响,在场致迁移率、速度饱和效应的基础上,得到了能够较好模拟4H-SiC MESFET器件直流I-V特性和小信号参数的解析模型。建模中对饱和工作模式进行分析时采用了两区模型的思想,因此对短栅SiC MESFET的特点给了更清晰的描述。该模型具有物理概念清晰的优点,算法也较为简单,能够较精确地分析器件特性,充分体现了SiC材料和器件结构的物理特性,因此非常适于SiC MESFET器件预研和电路设计的应用领域。 (3)在经典薄层电荷模型的基础上,计入杂质不完全离化及界面态电荷的影响,建立了较为准确且适于6H-SiC MOSFET所有工作区的统一的漏电流、跨导以及漏电导解析模型。表面势的计算是建立模型的关键,主要通过解析求解一维泊
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TN386

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 王平;杨银堂;郭立新;尚韬;刘增基;;SiC欧姆接触特性[J];西安电子科技大学学报;2011年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 宋庆文;4H-SiC功率UMOSFETs的设计与关键技术研究[D];西安电子科技大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 李伟亮;基于FPGA的永磁同步电机伺服控制系统研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 张娟;SiC垂直功率MOSFET的设计与特性仿真[D];西安电子科技大学;2008年
3 杨超;台阶场板结构4H-SiC高压肖特基二极管的研究[D];西安电子科技大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王守国,张义门,张玉明;离子注入4H-SiC MESFET器件的夹断电压(英文)[J];半导体学报;2003年07期
2 郜锦侠,张义门,张玉明;考虑源漏串联电阻时6H-SiC PMOSFET解析模型[J];半导体学报;2004年10期
3 孙国胜,高欣,张永兴,王雷,赵万顺,曾一平,李晋闽;4H-SiC低压热壁CVD同质外延生长及特性(英文)[J];半导体学报;2004年12期
4 李跃进,杨银堂,贾护军,朱作云,柴常春;多晶碳化硅的氧化技术研究[J];功能材料;2000年02期
5 张玉明,张义门,罗晋生;SiC、GaAs和Si的高温特性比较[J];固体电子学研究与进展;1997年03期
6 王玉霞,何海平,汤洪高;宽带隙半导体材料SiC研究进展及其应用[J];硅酸盐学报;2002年03期
7 王平,周津慧,杨银堂,屈汉章,杨燕,付俊兴;6H-SiC高场输运特性的多粒子蒙特卡罗研究[J];光子学报;2004年03期
8 王平;杨银堂;杨燕;;SiC电子霍耳迁移率的计算[J];计算物理;2006年01期
9 尚也淳,张义门,张玉明;6H-SiC电子输运的Monte Carlo模拟[J];物理学报;2000年09期
10 徐昌发,杨银堂,刘莉;4H-SiC MOSFET的温度特性研究[J];物理学报;2002年05期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王守国;离子注入制备4H-SiC器件及其温度特性研究[D];西安电子科技大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 徐昌发;碳化硅场效应晶体管技术与特性研究[D];西安电子科技大学;2002年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴秀龙,孟坚,陈军宁,柯导明,时龙兴,孙伟锋;加场极板LDMOS的击穿电压的分析[J];安徽大学学报(自然科学版);2004年01期
2 王敏良;孔德海;;集成电路电磁骚扰测试方法[J];安全与电磁兼容;2007年01期
3 顾冰芳;徐国跃;任菁;罗艳;蔡刚;;Cd_(1-x)Zn_xS三元系颜料红外性能研究[J];兵器材料科学与工程;2007年05期
4 何清义,袁祥辉,黄友恕,吕果林,温志渝,蒋子平;SSPA周边杂散光对响应度不均匀性的影响[J];半导体光电;1995年01期
5 王丽玉,谢家纯,刘文齐;SiC肖特基紫外光电探测器的研制[J];半导体光电;2004年01期
6 程东明;杜艳丽;马凤英;段智勇;郭茂田;赵传奇;罗荣辉;弓巧侠;杨静;;光纤耦合模块中光纤焊接技术的研究[J];半导体光电;2007年04期
7 向鹏飞;袁安波;杨修伟;高建威;;CCD多晶硅刻蚀技术研究[J];半导体光电;2010年06期
8 胡水江;徐君;黄小华;李生初;;等离子增强化学气相沉积法制备Si-C-H薄膜[J];半导体光电;2012年01期
9 薛丽君,刘明,王燕,夏洋,陈宝钦;AlGaN/GaN异质结极化行为与二维电子气[J];半导体技术;2004年07期
10 刘芳,张玉明,张义门,郭辉;离子注入制备n型SiC欧姆接触的工艺研究[J];半导体技术;2005年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 江轩;;半导体行业用靶材及蒸发源材料[A];集成电路配套材料研讨会及参展资料汇编[C];2004年
2 李慧;卢卓宇;蒋昌忠;任峰;肖湘衡;蔡光旭;;离子注入形成SiC纳米颗粒的发光性能研究[A];中国硅酸盐学会特种玻璃分会第三届全国特种玻璃会议论文集[C];2007年
3 戴国瑞;孙颖;南金;王宗昌;张英兰;;聚环戊二烯薄膜的制备及其C-V特性[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
4 顾冰芳;徐国跃;任菁;蔡刚;罗艳;;半导体材料的红外吸收及低发射率方法研究[A];2006年全国功能材料学术年会专辑(Ⅲ)[C];2006年
5 李蔚;;太阳能光伏技术与建筑应用[A];《湖北省建设领域节能减排》论坛资料汇编[C];2008年
6 张宏亮;徐锐敏;;SiC MESFET非线性等效电路模型研究[A];2005'全国微波毫米波会议论文集(第二册)[C];2006年
7 盛定仪;谭吉春;杨雨川;杨耿;;功率PIN二极管PSPICE子电路模型[A];2007年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C];2007年
8 张玉明;张义门;;碳化硅功率器件[A];中国电工技术学会电力电子学会第八届学术年会论文集[C];2002年
9 马望京;赵艳艳;段培成;李智;;传统卤化银感光材料的生产工艺与集成电路制造工艺比较研究[A];中国感光学会影像材料的研究与应用学术研讨会论文集[C];2007年
10 谭刚;吴嘉丽;;硅衬底的化学机械抛光工艺研究[A];第七届青年学术会议论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张发生;4H-SiC同质外延薄膜及其高压肖特基二极管器件研究[D];湖南大学;2010年
2 陈一峰;低维碳化硅的VLS自组装生长研究[D];电子科技大学;2010年
3 徐跃杭;新型高频场效应器件特性与建模技术研究[D];电子科技大学;2010年
4 陈文昱;浸没式光刻中浸液控制单元的液体供给及密封研究[D];浙江大学;2010年
5 孙禹辉;硅片化学机械抛光中材料去除非均匀性研究[D];大连理工大学;2011年
6 闻心怡;铁电存储器关键工艺与器件建模研究[D];华中科技大学;2011年
7 唐军;半导体和氧化物表面石墨烯的生长和结构表征及锰掺杂碳化硅稀磁半导体研究[D];中国科学技术大学;2011年
8 刘秉策;ZnO/Si异质结构晶界行为及其载流子输运机制研究[D];中国科学技术大学;2011年
9 宗兆翔;纳米尺度铜互连体系中的电学及热学行为研究[D];复旦大学;2011年
10 何子安;玻璃基质光波导及其掺铒波导光放大器的离子交换法制备[D];复旦大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张秀芳;硅、锗切割片的损伤层研究[D];浙江理工大学;2010年
2 李明亮;碳化硅基热电材料的制备及性能研究[D];郑州大学;2010年
3 王文杰;氧化钛基光电子器件[D];郑州大学;2010年
4 郑康伟;金属/SiC接触界面的氢等离子体改性研究[D];大连理工大学;2010年
5 张立平;SiO_2/SiC界面悬挂键及其钝化的第一原理研究[D];大连理工大学;2010年
6 赵海轩;超精密磨削硅片变形规律的研究[D];大连理工大学;2010年
7 李建;一种新型音频放大器在笔记本电脑中的研究与应用[D];苏州大学;2010年
8 姚海珍;笔记本电脑中高速信号完整性分析与应用改进[D];苏州大学;2010年
9 王艺燃;一种应用于DSP的Flash存储器研究与设计[D];江南大学;2010年
10 于祝鹏;穿通结构三极管BV_(CEO)仿真分析及一致性提高研究[D];电子科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 姚丰;何杞鑫;方邵华;;一种新型低压功率MOSFET结构分析[J];半导体技术;2005年11期
2 赵小宁;李秀清;;国外军事和宇航应用宽带隙半导体技术的发展[J];半导体技术;2009年07期
3 陈海明;;美、日、欧宽带隙半导体技术发展研究[J];半导体技术;2010年08期
4 任学民;SiC单晶生长技术及器件研究进展[J];半导体情报;1998年04期
5 党冀萍;今日SiC电子学[J];半导体情报;1999年02期
6 张玉明,张义门,罗晋生;SiC肖特基势垒二极管的研制[J];半导体学报;1999年11期
7 郑新和,渠波,王玉田,杨辉,梁骏吾;使用 X射线衍射技术判定 Si C单晶体的结构和极性(英文)[J];半导体学报;2001年01期
8 王姝睿,刘忠立,徐萍,葛永才,姚文卿,高翠华;6H-SiC高压肖特基势垒二极管[J];半导体学报;2001年08期
9 唐本奇,高玉民,罗晋生;单场限环结构击穿电压的表面电荷效应分析[J];半导体学报;1998年01期
10 张品福,张克善;VDMOS场效应管及其特点分析[J];半导体杂志;1997年03期
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 苗瑞霞;4H-SiC外延材料低位错密度关键技术研究[D];西安电子科技大学;2010年
2 王守国;离子注入制备4H-SiC器件及其温度特性研究[D];西安电子科技大学;2004年
3 郜锦侠;4H-SiC隐埋沟道MOSFET理论和实验研究[D];西安电子科技大学;2005年
4 郭辉;SiC器件欧姆接触的理论和实验研究[D];西安电子科技大学;2007年
5 韩贤武;高精度AFM的研制及在机械和小分子结构中的应用[D];重庆大学;2007年
6 朱会丽;分离吸收层与倍增层结构的低压4H-SiC雪崩光电探测器及其p型欧姆接触的研究[D];厦门大学;2007年
7 邓小川;4H-SiC MESFETs微波功率器件新结构与实验研究[D];电子科技大学;2008年
8 张有润;4H-SiC BJT功率器件新结构与特性研究[D];电子科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 凌刚;基于DSP+FPGA的永磁同步电动机伺服驱动器研究[D];安徽工程大学;2010年
2 江维;微粒群算法理论研究及其在PID参数优化中的应用[D];武汉工程大学;2010年
3 刘日宝;全数字永磁交流伺服驱动系统的研究[D];南京航空航天大学;2004年
4 吴海平;SiO_2/SiC界面特性研究[D];华中科技大学;2004年
5 汤新舟;永磁同步电机的矢量控制系统[D];浙江大学;2005年
6 郑璐;基于FPGA的高精度交流伺服系统研究[D];华中科技大学;2007年
7 孟献军;五轴数控加工技术研究与应用[D];天津大学;2008年
8 吕英;ICP刻蚀SiC机制及表面损伤的研究[D];厦门大学;2008年
9 罗豪;异步电机矢量控制系统设计及其PI控制器参数优化研究[D];湖南大学;2009年
10 张学锋;基于ISE的MOSFET器件电学特性模拟分析与研究[D];大连理工大学;2009年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 陈斌;碳化硅MSM紫外探测器结构优化与温度特性研究[D];西安电子科技大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 侯峰波;4H-SiC功率MOSFET特性研究与器件模拟[D];西安电子科技大学;2010年
2 李俊楠;siC功率器件特性研究与模拟分析[D];北京化工大学;2012年
3 董卫虎;基于dsPIC的交流永磁同步电机驱动器研究与设计[D];西安工业大学;2013年
4 冯静;永磁同步电机伺服系统设计[D];北京印刷学院;2013年
5 张克基;3C-SiC压阻式压力传感器研究[D];西安电子科技大学;2013年
6 潘先喜;永磁同步电机的伺服控制系统研究与实现[D];武汉理工大学;2013年
7 李亮;新结构4H-SiC MESFET设计与实验研究[D];西安电子科技大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 任学民;SiC单晶生长技术及器件研究进展[J];半导体情报;1998年04期
2 张玉明,罗晋生,张义门;n型6H-SiC体材料欧姆接触的制备[J];半导体学报;1997年09期
3 张玉明,张义门,罗晋生;SiC肖特基势垒二极管的研制[J];半导体学报;1999年11期
4 郜锦侠,张义门,张玉明,汤晓燕;表面态密度分布和源漏电阻对6H-SiC PMOS器件特性的影响[J];半导体学报;2002年04期
5 孙国胜,孙艳玲,王雷,赵万顺,罗木昌,张永兴,曾一平,李晋闽,林兰英;无坑洞n-3C-SiC/p-Si(100)的LPCVD外延生长及其异质结构特性(英文)[J];半导体学报;2003年06期
6 张玉明,张义门,罗晋生;SiC、GaAs和Si的高温特性比较[J];固体电子学研究与进展;1997年03期
7 尚也淳,张义门,张玉明;6H-SiC电子输运的Monte Carlo模拟[J];物理学报;2000年09期
8 张玉明,张义门,崔杰,罗晋生;3C-SiC体特性的Monte Carlo模型[J];物理学报;1997年11期
9 吕红亮,张义门,张玉明,何光;高温SiC MESFET特性模拟研究[J];西安电子科技大学学报;2001年06期
10 朱作云,李跃进,杨银堂,贾护军;SiC/Si异质生长的研究[J];西安电子科技大学学报;1997年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 任裕安,阮贵华;平面慢波电极结构功率行波场效应器件的实验研究[J];电子与信息学报;1984年03期
2 廖太仪;VDMOS功率场效应器件的设计与研制[J];半导体技术;1990年05期
3 刘卫国;铁电场效应器件的热释电探测原理[J];红外技术;1988年02期
4 宗小林;吴春生;王丽江;王平;;场效应器件表面修饰对DNA测试性能影响的研究[J];传感技术学报;2009年01期
5 杨文;林栋;徐磊;寿崇琦;;棒状纳米ZnO薄膜晶体管效应的测定[J];山东化工;2010年09期
6 J.R.霍塞;赵平海;;具有小的沟道长宽比的结型场效应器件的特性[J];微纳电子技术;1973年11期
7 任裕安,阮贵华;行波场效应器件的耦合模作用原理[J];电子与信息学报;1983年05期
8 余山,黄敞;深亚微米LDD CMOS集成数值模型及环振电路的瞬态模拟[J];系统工程与电子技术;1993年09期
9 周春红;;GaN基场效应器件Monte Carlo模拟[J];南通大学学报(自然科学版);2007年04期
10 ;图片新闻[J];微纳电子技术;1974年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 尚淑霞;姚伟峰;王少伟;许效红;候云;王弘;余金中;;化学溶液法制备PZT/Bi_2Ti_2O_7薄膜的形貌和物理性质[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
2 曾庆明;郭建魁;焦智贤;东熠;蔡克理;徐晓春;李献杰;敖金平;赵永林;刘伟吉;王全树;;0~10GHz HBT可级联放大器单片电路[A];1999年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C];1999年
3 赵云峰;母晓玥;韩宇;王悦;;氟代喹吖啶酮自组装发光材料[A];中国化学会第27届学术年会第16分会场摘要集[C];2010年
4 薛庆忠;章晓中;谈国太;;沉积于硅基片上的非晶碳膜中的电输运特性[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
5 王弘;姚伟峰;候云;王栋;张寅;许效红;尚淑霞;余金中;;Φ75mm Bi_2Ti_2O_7介电薄膜的制备及物理性能研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
6 戴爱节;翁镇柱;孙键;林叶;於晓峰;;生产与使用过程中要重视防静电[A];第四届电子产品防护技术研讨会论文集[C];2004年
7 牛俊杰;沙建;马向阳;杨德仁;;纳米硅丝和纳米硅管的制备和性能[A];2003年纳米和表面科学与技术全国会议论文摘要集[C];2003年
8 陈仕艳;应燕君;王华平;;新型给受体结构的共轭聚合物的合成及光电性能[A];全国第八届有机固体电子过程暨华人有机光电功能材料学术讨论会摘要集[C];2010年
9 王悦;窦传冬;宋伟峰;赵云峰;;有机光电分子的纳米的组装与性能[A];全国第八届有机固体电子过程暨华人有机光电功能材料学术讨论会摘要集[C];2010年
10 李荣金;汤庆鑫;姜辉;刘雅玲;胡文平;;基于一种大环三苯胺二聚体单晶微纳米带的场效应晶体管[A];中国化学会第26届学术年会有机固体材料分会场论文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 长城证券 李珍华;联创光电 价升量增[N];证券时报;2007年
2 萧马;IR在西安巨资建封装厂[N];中国电子报;2003年
3 祖强;浅谈碳化硅电力电子器件[N];中国电子报;2003年
4 陈刚;两类军工企业持续向好[N];中国证券报;2007年
5 本报记者 操秀英;进军多学科前沿交叉新领域[N];科技日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 宗小林;纳米结构金属氧化物过氧化氢及DNA传感器研究[D];浙江大学;2009年
2 王平;碳化硅场效应器件的模型及关键工艺技术研究[D];西安电子科技大学;2005年
3 徐跃杭;新型高频场效应器件特性与建模技术研究[D];电子科技大学;2010年
4 李维军;扭曲结构D-A分子的设计、合成及激发态性质研究[D];吉林大学;2013年
5 李业新;杂化有机共轭化合物的合成及场效应性能研究[D];山东大学;2010年
6 徐玉庆;栅极调控下有机分子器件电荷输运性质理论研究[D];山东大学;2013年
7 塔力哈尔·夏依木拉提;酞菁铜单晶微纳场效应晶体管在气体传感器中的应用基础研究[D];东北师范大学;2013年
8 马锋;全氟金属酞菁的合成与性能研究[D];天津大学;2012年
9 徐华;石墨烯界面电荷转移的拉曼光谱研究[D];兰州大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙大鹏;微电子器件快速评价新方法的研究[D];北京工业大学;2001年
2 张彩霞;有机半导体器件的电学性能研究[D];天津理工大学;2007年
3 朱振邦;ZnO基异质结构及其场效应器件的制备与性质[D];南京大学;2012年
4 张达;典型场效应器件电荷控制模型研究[D];电子科技大学;2012年
5 荆娜;以聚噻吩为沟道材料的场效应管研究[D];天津理工大学;2009年
6 杨小艳;超颖材料的场效应晶体管的性能[D];天津理工大学;2012年
7 邢振远;定向高密度碳纳米管阵列化学传感器的研制与性能检测[D];长春理工大学;2010年
8 吴沛;有机场效应管的制作及特性研究[D];东南大学;2005年
9 汪志辉;基于化学敏感场效应传感器的设计与研究[D];赣南师范学院;2008年
10 徐瑞霞;铟镓氧化锌薄膜晶体管的制备和性能研究[D];华南理工大学;2011年
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