High-Voltage, High-Efficiency, High-Speed Power MOSFET Using Wide Bandgap Semiconductor SiC

使用宽禁带半导体 SiC 的高压、高效、高速功率 MOSFET

基本信息

  • 批准号:
    13555094
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 6.59万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
  • 财政年份:
    2001
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2001 至 2002
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Control of MOS interface, device processing, and fabrication of high-voltage MOSFETs have been investigated by using a wide bandgap semiconductor silicon carbide (SiC), which shows high breakdown field and other excellent physical properties. In control of MOS interface, thermal oxidation at high temperature resulted in the improvement of the MOS quality, and high channel mobilities of 78 cm^2/Vs and 22 cm^2/Vs were obtained for 6H-SiC(OOOl) and 4H-SiC(OOOl) MOSFETs, respectively. 4H-SiC(ll20) and (0338) MOSFETs exhibited a high channel mobility of 30-40 cm^2/Vs. In device processing, thick SiO_2 films deposited by plasma CVD could successfully used as an implantation mask. Short-channel MOSFETs with a channel length of 1 μm could be processed. The electrical activation of implanted dopants was significantly improved by increasing annealing temperature after implantation. The structure of lateral SiC MOSFETs with RESURF (Reduced Surface Field) structure was designed by using a 2D device simulation. The RESURF dose, depth, and the drift layer structure were optimized. SiC lateral RESURF MOSFETs were fabricated on 4H-SiC and 6H-SiC which were grown in our group. The MOSFET showed a very high breakdown voltage of 1 kV and a low on-resistance of 0.1 Ωcm^2. This characteristics outperforms the "Si limit" which is theoretically determined from the material properties, demonstrating the much potential of SiC power devices.
使用宽带隙半导体碳化硅(SiC)研究了 MOS 界面的控制、器件加工和高压 MOSFET 的制造,该碳化硅具有高击穿场和其他优异的物理特性。高温导致MOS质量的提高,6H-SiC(OOOl)和6H-SiC(OOOl)获得了78 cm^2/Vs和22 cm^2/Vs的高沟道迁移率4H-SiC(OOOl) MOSFET分别表现出30-40 cm^2/Vs的高沟道迁移率,可以成功地使用通过等离子体CVD沉积的厚SiO_2薄膜。作为注入掩模,可以加工沟道长度为1μm的短沟道MOSFET,通过增加注入的掺杂剂的电激活得到显着改善。通过使用二维器件模拟设计了具有RESURF(减小表面场)结构的横向SiC MOSFET 的结构。在4H 上制造了RESURF 剂量、深度和漂移层结构。 -我们小组生长的SiC和6H-SiC表现出1 kV的非常高的击穿电压和1 kV的低导通电阻。 0.1 Ωcm^2,这一特性超越了从材料特性理论上确定的“Si极限”,展示了SiC功率器件的巨大潜力。

项目成果

期刊论文数量(48)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
T.Kimoto: "Low-loss, high-voltage 6H-SiC epitaxial p-i-n diode"IEEE Transactions on Electron Devices. 49. 150-154 (2002)
T.Kimoto:“低损耗、高电压 6H-SiC 外延 p-i-n 二极管”IEEE Transactions on Electron Devices。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
T. Kimoto: "Avalanche phenomena in 4H-SiC pn diodes fabricated by Al and B implantation"IEEE Transaction Electron Devices. Vol.49. 1505-1510 (2002)
T. Kimoto:“通过 Al 和 B 注入制造的 4H-SiC pn 二极管中的雪崩现象”IEEE Transaction Electron Devices。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
T. Kimoto: "High-energy (MeV) Al and B ion implantations into 4H-SiC and fabrication of pin diodes"Journal of Applied Physics. Vol.91. 4242-4248 (2002)
T. Kimoto:“高能 (MeV) Al 和 B 离子注入 4H-SiC 和 pin 二极管的制造”应用物理学杂志。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
T.Kimoto: "Chemical vapor deposition and deep level analyses of 4H-SiC(112^^-0)"Journal of Applied Physics. 89. 6105-6109 (2001)
T.Kimoto:“4H-SiC(112^^-0)的化学气相沉积和深层次分析”应用物理学杂志。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
T.Kimoto: "High-voltage 4H-SiC Schottky barrier diodes fabricated on (0338) with closed micropipes"Japanese Journal Applied Physics. 42. L13-L16 (2003)
T.Kimoto:“在 (0338) 上制造的带有封闭微管的高压 4H-SiC 肖特基势垒二极管”《日本应用物理学杂志》。
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  • 资助金额:
    $ 6.59万
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