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4H-SiC PiN二极管抗辐照特性研究

程泊轩  
【摘要】: 4H-SiC PiN二极管具有很高的反向击穿电压,得益于中间的低掺杂本征层,以及碳化硅材料的高临界击穿电场。较薄的本征层以及碳化硅的高饱和电子漂移速度也使4H-SiC PiN二极管拥有优于硅PiN器件的反向恢复特性。碳化硅的高临界位移能使4H-SiC PiN二极管在辐照环境下具有很强的生存能力。 目前,有关4H-SiC PiN二极管的直流与瞬态特性的抗辐射能力的报道比较有限。本文在这方面做了一些工作,包括下列内容。 建立了4H-SiC PiN二极管的数值模型。选择适用于4H型碳化硅的材料参数,采用器件模拟软件ISE-TCAD模拟了4H-SiC PiN二极管的直流伏安特性。器件在电流密度为100A/cm2时的开启电压为2.8V。器件在反向偏置达到1.4kV时出现击穿,证明了击穿由雪崩倍增导致。 考察了4H-SiC PiN二极管的关断瞬态特性。室温下,由3V偏置转换到50伏的反向偏置的关断时间仅为69ns,反向时的峰值电流仅为8.45×10-4A。瞬态特性表现出正温度系数。 对质子与电子辐照的4H-SiC PiN二极管的直流与反向恢复特性进行了研究。辐射后,器件正向偏置时电流稍微下降,100A/cm2时开启电压减小,辐射对器件正向特性的影响微弱;反向漏电流在辐射后下降,表现出4H-SiC PiN二极管的优良抗辐照能力。器件的瞬态特性在辐照后也表现出改善。高温下,器件的表现仍优于辐照之前。为了进一步改善器件特性,可以考虑在钝化前用低能量的紫外光照射器件表面,或者提高掺杂浓度。


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