新型非對(duì)稱P+屏蔽層結(jié)構(gòu)4H-SiC槽柵MOSFET三維仿真研究

新型非對(duì)稱P+屏蔽層結(jié)構(gòu)4H-SiC槽柵MOSFET三維仿真研究

摘要：

非對(duì)稱P+屏蔽層結(jié)構(gòu)4H-SiC槽柵金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）在功率電子和高溫電子器件應(yīng)用方面具有廣泛潛力。本文基于三維仿真方法，研究了新型非對(duì)稱P+屏蔽層結(jié)構(gòu)4H-SiC槽柵MOSFET的輸運(yùn)性能和器件特性。通過(guò)比較不同溫度下的結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果，找到了最佳設(shè)計(jì)方案，以提高器件性能和可靠性。

1.引言

4H-SiC材料因其優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)、寬禁帶寬度以及良好的熱傳導(dǎo)特性而受到廣泛關(guān)注。在高溫和高功率電子器件領(lǐng)域，4H-SiC槽柵MOSFET作為一種重要的功率開關(guān)設(shè)備得到了廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的4H-SiC槽柵MOSFET在高溫和高電壓條件下存在漏電流過(guò)大、開啟電阻過(guò)高等問(wèn)題。為了克服這些問(wèn)題，非對(duì)稱P+屏蔽層結(jié)構(gòu)被提出。

2.器件結(jié)構(gòu)

新型非對(duì)稱P+屏蔽層結(jié)構(gòu)4H-SiC槽柵MOSFET由以下幾個(gè)關(guān)鍵層構(gòu)成：襯底層、n型溝道層、P+源極、P+漏極、N+溝道等。其中，P+屏蔽層位于襯底層和n型溝道層之間，起到了減少漏電流、改善開啟電阻的作用。

3.三維仿真模型

本文采用SilvacoTCAD軟件對(duì)非對(duì)稱P+屏蔽層結(jié)構(gòu)4H-SiC槽柵MOSFET進(jìn)行了三維仿真研究。在仿真中考慮了溫度的影響，并通過(guò)改變材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4.結(jié)果與討論

通過(guò)對(duì)不同溫度下的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到了最佳設(shè)計(jì)方案。仿真結(jié)果表明，在最佳設(shè)計(jì)方案下，新型非對(duì)稱P+屏蔽層結(jié)構(gòu)4H-SiC槽柵MOSFET具有較低的漏電流和開啟電阻，以及較高的遷移率和場(chǎng)效應(yīng)遷移系數(shù)。該結(jié)構(gòu)還展現(xiàn)了良好的抗高溫特性和較小的溫度漂移。

5.結(jié)論

通過(guò)三維仿真研究，我們探索了新型非對(duì)稱P+屏蔽層結(jié)構(gòu)4H-SiC槽柵MOSFET的性能和特性。最佳設(shè)計(jì)方案表明，該器件具有較低的漏電流、較高的遷移率和場(chǎng)效應(yīng)遷移系數(shù)，以及良好的抗高溫特性和較小的溫度漂移。這對(duì)于功率電子和高溫電子器件的應(yīng)用具有重要意義，為進(jìn)一步優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)提供了理論依據(jù)。

6.展望

未來(lái)我們可以進(jìn)一步研究擴(kuò)展這種非對(duì)稱P+屏蔽層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，并嘗試結(jié)合其他材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行器件設(shè)計(jì)，以滿足不同應(yīng)用需求。同時(shí)，也可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證仿真結(jié)果，進(jìn)一步提高該器件的性能和可靠性。

關(guān)鍵詞：4H-SiC槽柵MOSFET；非對(duì)稱P+屏蔽層；三維仿真；高溫電子器件通過(guò)三維仿真研究，我們成功探索了新型非對(duì)稱P+屏蔽層結(jié)構(gòu)4H-SiC槽柵MOSFET的性能和特性。最佳設(shè)計(jì)方案表明該器件具有較低的漏電流、較高的遷移率和場(chǎng)效應(yīng)遷移系數(shù)，以及良好的抗高溫特性和較小的溫度漂移。這對(duì)于功率電子和高溫電子器件的應(yīng)用具有重要意義，并為進(jìn)一步優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)提供了理論依據(jù)。未來(lái)，我們將繼續(xù)研究擴(kuò)展該非對(duì)稱P+屏蔽層