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新型结构的碳化硅MESFET设计与仿真研究

张睿  
【摘要】: SiC材料作为第三代半导体材料的代表之一,以其较宽的禁带宽度、较高的临界击穿电场、载流子饱和漂移速度以及热导率等特性,在高温,抗辐照,高功率等工作条件下具有明显的优势。4H-SiC被认为是研制MESFET的最佳材料之一。而存在于4H-SiC MESFET的表面陷阱会引起电流的不稳定性。具有较好的击穿特性会使其更广泛地应用于高压领域。 为了屏蔽表面陷阱并提高击穿电压,本文设计并研究了三种不同的碳化硅MESFET新结构,通过仿真工具ISE TCAD对各种新型器件结构进行仿真与讨论。首先建立了埋沟-埋栅型MESFET器件结构,对其直流特性、瞬态特性以及交流小信号特性进行了一系列的模拟和仿真研究,考虑界面态的影响机理,分析了器件参数的变化对器件特性的改善情况,确定器件参数的最优值并设计了工艺流程和版图。然后,在埋沟-埋栅型MESFET结构的基础上,为了提高器件的击穿特性,引入了场板结构。研究了场板长度的变化对器件的直流、交流小信号以及击穿特性所产生的影响。最后,模拟研究了“双沟道”MESFET结构,并根据模拟仿真的直流输出特性以及击穿特性,优化了“低沟道”层和“高沟道”层的结构参数。本文的仿真结果表明,论文所提出的三种4H-SiC MESFET新结构减弱了表面陷阱效应、提高了交流小信号特性,并改善了器件的击穿特性。


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