Das SiC-Substrat undSiC-Homöpitaxievon PAM-XIAMEN können für die Herstellung von MOSFET-Bauelementen bereitgestellt werden. Die MOSFET-Struktur aus Siliziumkarbid (SiC) wird hauptsächlich hergestellt, indem der Prozess der Si-MOSFET-Struktur nachgeahmt wird. Hinsichtlich der Konfiguration werden MOSFET-Strukturen im Allgemeinen in zwei Typen unterteilt: Plan-Gate und Groove-Gate. Unten ist die typische Epi-Struktur von SiC-MOSFETs. Weitere Details der epitaxialen SiC-MOSFET-Struktur auf SiC-Substrat wenden Sie sich bitte an uns. Oder Sie senden uns Ihr SiC-Epi-Wafer-Design zum Wachsen.

1. Typische SiC-Epi-Struktur für MOSFET

Bemerkung:

Der SiC-Epitaxie-Wafer kann zur Herstellung von vertikalen Trench-SiC-MOSFET- und planaren SiC-MOSFET-Vorrichtungen verwendet werden.

2. Arbeitsprinzip des SiC-MOSFET

SiC-MOSFET ist ein Gerät, das viel Aufmerksamkeit in der Erforschung von Siliziumkarbid-Leistungselektronikgeräten erhalten hat. SiC-MOSFET-N+-Source-Bereich und P-Wannen-Dotierung werden beide ionenimplantiert und bei einer Temperatur von 1700 °C getempert und aktiviert.

Das Arbeitsprinzip der SiC-Leistungs-MOSFET-Struktur ist:

Aus: Zwischen Drain und Source wird eine positive Stromversorgung angelegt, und die Spannung zwischen Gate und Source ist Null. Der zwischen dem P-Basisbereich und dem N-Driftbereich gebildete PN-Übergang J1 ist in Sperrichtung vorgespannt, und es fließt kein Strom zwischen den Drain- und Source-Elektroden.

Leitung: Zwischen Gate und Source wird eine positive Spannung UGS angelegt, und das Gate ist isoliert, sodass kein Gatestrom fließt. Die positive Spannung des Gates drückt jedoch die Löcher in der P-Region darunter weg und zieht die Minoritätselektronen in der P-Region an die Oberfläche der P-Region unter dem Gate.

Wenn UGS größer als UT (Einschaltspannung oder Schwellenspannung) ist, übersteigt die Elektronenkonzentration auf der Oberfläche des P-Bereichs unter dem Gate die Lochkonzentration, so dass der Halbleiter vom P-Typ in einen N-Typ invertiert wird und wird eine Inversionsschicht, die einen N-Kanal bildet. Der Kanal lässt den PN-Übergang J1 verschwinden, und Drain und Source leiten Strom.

3. SiC-MOSFET-Anwendungen

Auf SiC-Homoepitaxie hergestellte MOSFET-Module werden am häufigsten in Hochfrequenz-, Mittel- und Kleinleistungsanwendungen (Spannung unter 600 V) verwendet, insbesondere in der Unterhaltungselektronik.

Darüber hinaus haben SiC-basierte MOSFETs große Vorteile in elektrischen Systemanwendungen mittlerer und hoher Leistung, wie z. B. Photovoltaik, Windkraft, Elektrofahrzeuge und Schienenverkehr. Die Vorteile von Hochspannung, Hochfrequenz und hohem Wirkungsgrad von Siliziumkarbidgeräten können die Beschränkungen des bestehenden Elektrofahrzeugmotordesigns aufgrund der Geräteleistung durchbrechen, die im Mittelpunkt der Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Elektrofahrzeugmotoren zu Hause und steht im Ausland. Zum Beispiel hat die Leistungssteuereinheit (PCU) in Hybridelektrofahrzeugen (HEV) und reinen Elektrofahrzeugen (EV) gemeinsam damit begonnen, Module zu verwenden, die auf einer SiC-MOSFET-Struktur hergestellt sind, und das Volumenverhältnis wurde auf 1/5 reduziert.

4. Vorteile von Bauelementen basierend auf einer epitaxialen SiC-MOSFET-Struktur

Verglichen mit dem weit verbreiteten Si-Material bestimmt die höhere Wärmeleitfähigkeit des SiC-Materials seine hohe Stromdichte, und die höhere verbotene Bandbreite bestimmt die hohe Durchschlagsfeldstärke und die hohe Betriebstemperatur von SiC-Vorrichtungen. Die Vorteile von SIC-MOSFETs lassen sich wie folgt zusammenfassen:

1) Hochtemperaturarbeit: SiC-Material hat eine hochstabile Kristallstruktur in physikalischen Eigenschaften und seine Energiebandbreite kann 2,2 eV bis 3,3 eV erreichen, was fast mehr als doppelt so groß ist wie die von Si-Material. Daher ist die Temperatur, der SiC standhalten kann, höher. Im Allgemeinen kann die maximale Betriebstemperatur, die SiC-Geräte erreichen können, 600 °C erreichen.

2) Hohe Sperrspannung: Die Durchbruchsfeldstärke von SiC ist mehr als zehnmal so hoch wie die von Si, sodass die Sperrspannung von MOSFETs auf der Basis von SiC-Epi-Wafern viel höher ist als die von Si.

3) Niedriger Verlust: Bei einem ähnlichen Leistungsniveau ist der Leitungsverlust eines SiC-MOSFET viel kleiner als der auf Si basierende. Darüber hinaus ist der Leitungsverlust von Vorrichtungen auf SiC-Basis wenig temperaturabhängig und ändert sich nur sehr wenig mit der Temperatur.

4) Schnelle Schaltgeschwindigkeit: SiC-MOSFET vs. Si-MOSFET, bei der Entwicklung und Anwendung von SiC-MOSFETs werden im Vergleich zu Si-Epitaxie-MOSFETs des gleichen Leistungsniveaus der Einschaltwiderstand und der Schaltverlust der epitaktischen SiC-MOSFET-Struktur stark reduziert, das heißt geeignet für höhere Betriebsfrequenzen. Zusätzlich wird aufgrund seiner Hochtemperatur-Betriebseigenschaften die Hochtemperaturstabilität stark verbessert.

5. FAQ of SiC MOSFET Epitaxy

Q: What dopant level could be offered for the SiC substrate? We would like to get a highly doped N++ substrate if possible (<0.005Ohm-cm). Would this be possible for 1200V power MOSFET application?

A: 1) At present, the resistivity of commercial SiC substrate is 0.015 ~ 0.028 ohm, and the resistivity of epitaxial layer is higher than that of substrate, so it is impossible to achieve the requirement of epitaxial layer resistivity < 0.005 (unit Ohm).
2) For 1200V devices, the recommended parameters are XXum thickness and XX concentration (about 1 ohm resistivity for epitaxial layer). Please contact victorchan@powerwaywafer.com for the specific values.

Für weitere Informationen kontaktieren Sie uns bitte per E-Mail unter victorchan@powerwaywafer.com und powerwaymaterial@gmail.com.