碳化硅功率半导体器件国内外研究现状
时间:2017-05-30 10:43 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 美国国防部从1980年开始就大力支持碳化硅功率半导体器件（SiC Power Semiconductor Devices）的相关研发工作。1987年，以SiC材料和器件为研究方向的Cree公司由美国国防部资助成立，为海军和空军装备做预先研究，从此SiC材料和电子器件进入飞速发展的新阶段[1]。1992年，美国北卡州立大学功率半导体研究中心在全世界首次研制成功阻断电压400V的6H-SiC SBD（肖特基势垒二极管）[2]。2001年德国Infineon公司生产出600V、4A和300V、10A的SiC SBD，标志SiC SBD开始市场化。美国Semisouth公司研制的600V、100A、300℃工作的SiC SBD器件已应用于美国空军多电飞机（MEA，more electric aircraft）。2008年，Toshiba公司研制出接近4H-SiC材料极限的Super SBD[3],该SiC功率器件采用浮空结技术，获得2.57 mΩ•cm2超低导通电阻和2.7kV阻断电压的器件性能，品质因数高达2.837MW/cm2。9366 Sei-Hyung Ryu等人于2004年报道了10kV，比导通电阻为123mΩ•cm2的4H-SiC DMOS，n–区杂质浓度和厚度分别为8×1014cm-3和85μm。2007年Cree公司报道在3英吋4H-SiC晶圆上制作出芯片尺寸为8.11×8.11 mm2的10kV/20A DMOS，在25℃下的开关速度为75ns，已经应用在20kHz的10kV半H桥的模块中[4]，如图1.1所示。2009年2月,美国Cree公司和Powerex公司合作成功研制出由SiC MOSFET和SiC SBD组成的双开关1200V、100A的碳化硅功率模块。罗姆公司在2009年12月17～18日举行的“第18届SiC及宽带隙半导体研究会”上公布了SiC MOSFET及其功率模块的开发情况，并宣布已经分别开发出了耐压600V、900V以及1200V的SiC DMOS产品，室温下导通电阻为5～8mΩ•cm2；输出电流方面，大小为4.8mm×2.4mm的芯片可输出20A的电流，4.8mm见方的芯片可输出40A的电流。2011年，美国Cree公司试制出了耐压1500V的SiC DMOSFET，并在功率半导体国际学会“ISPSD 2011”上发布[5]。 （a）半H桥模块 （b）开关特性 图1.1 10kV 4H-SiC DMOS模块 1.1.2. 国内研究现状 由于前几年美国将SiC晶片及相关设备作为限制销售商品禁止向我国出售，因此我国在碳化硅功率半导体器件方面的实验研究起步较晚，但一直在跟踪国外SiC宽禁带半导体的发展。2004年，“973国家重大基础项目研究”有关宽禁带半导体的研究工作正式启动，极大地提高了国内宽禁带半导体器件研制水平，其中高校（西安电子科技大学、电子科技大学、北京大学、山东大学、浙江大学等）侧重于材料及器件理论、模拟研究，研究所（中电13所、46所、55所，中科院半导体所、微电子所等）侧重于材料及器件制造[6]。 在SiC器件制造领域，包括中电13所、55所、电子科技大学、西安电子科技大学等多个研究所和高校都成功研制出600V～1200V的碳化硅肖特基二极管，为SiC器件的发展及应用积累了材料和器件制造经验。 (责任编辑：qin) |