Cấu trúc SiC MOSFET Đồng trục trên chất nền SiC

Cấu trúc SiC MOSFET Đồng trục trên chất nền SiC

Chất nền SiC vàSiC homoepitaxytừ PAM-XIAMEN có thể được cung cấp để chế tạo các thiết bị MOSFET. Cấu trúc silicon cacbua (SiC) MOSFET chủ yếu được sản xuất bằng cách bắt chước quy trình cấu trúc Si MOSFET. Về cấu hình, cấu trúc MOSFET thường được chia thành hai loại: cổng phẳng và cổng rãnh. Dưới đây là cấu trúc epi điển hình của SiC MOSFETs. Để biết thêm chi tiết về cấu trúc SiC MOSFET của MOSFET trên bề mặt SiC, vui lòng tham khảo ý kiến ​​của chúng tôi. Hoặc bạn có thể gửi cho chúng tôi thiết kế wafer SiC epi của bạn để phát triển.

SiC MOSFET Cấu trúc Wafer

1. Cấu trúc SiC Epi điển hình cho MOSFET

Lớp Epi Chất liệu Độ dày Carrier Nồng độ
1 SiC NLớp trôi dạt 10 um 6 x 1015cm-3
0 4H-SiC N+Cơ chất

 

Nhận xét:

Tấm wafer kết hợp SiC có thể được sử dụng để chế tạo thiết bị SiC MOSFET rãnh dọc và SiC MOSFET phẳng.

2. Nguyên lý làm việc của SiC MOSFET

SiC-MOSFET là thiết bị nhận được nhiều sự quan tâm trong việc nghiên cứu các thiết bị điện tử công suất cacbua silic. Vùng nguồn SiC MOSFET N + và pha tạp giếng P đều được cấy ion và ủ và hoạt hóa ở nhiệt độ 1700 ° C.

Nguyên lý hoạt động của cấu trúc MOSFET nguồn SiC là:

Tắt: nguồn điện dương được áp dụng giữa cống và nguồn, và điện áp giữa cổng và nguồn bằng không. Tiếp giáp PN J1 được hình thành giữa vùng gốc P và vùng trôi N được phân cực ngược và không có dòng điện nào chạy giữa các điện cực nguồn và cống.

Dẫn điện: Một điện áp dương UGS được đặt giữa cổng và nguồn, và cổng được cách điện, do đó không có dòng điện nào chạy qua cổng. Tuy nhiên, điện áp dương của cổng sẽ đẩy các lỗ trống trong vùng P bên dưới nó ra xa, và hút các điện tử thiểu số trong vùng P lên bề mặt vùng P dưới cổng.

Khi UGS lớn hơn UT (điện áp bật hoặc điện áp ngưỡng), nồng độ điện tử trên bề mặt của vùng P dưới cổng sẽ vượt quá nồng độ lỗ trống, do đó chất bán dẫn loại P bị đảo ngược thành loại N và trở thành một lớp đảo ngược, tạo thành kênh N. Kênh làm cho điểm nối PN J1 biến mất, và cống và nguồn dẫn điện.

3. Ứng dụng SiC MOSFET

Mô-đun MOSFET được sản xuất trên SiC homoepitaxy được sử dụng rộng rãi nhất trong các ứng dụng tần số cao, điện trung bình và nhỏ (điện áp dưới 600V), đặc biệt là trong điện tử tiêu dùng.

Ngoài ra, MOSFETs dựa trên SiC có lợi thế lớn trong các ứng dụng hệ thống điện công suất trung bình và cao, chẳng hạn như quang điện, năng lượng gió, xe điện và vận tải đường sắt. Ưu điểm của điện áp cao, tần số cao và hiệu suất cao của thiết bị cacbua silic có thể phá vỡ những hạn chế của thiết kế động cơ xe điện hiện tại do hiệu suất của thiết bị, đây là trọng tâm của nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực động cơ xe điện tại nhà và ở nước ngoài. Ví dụ, bộ điều khiển công suất (PCU) trong xe điện hỗn hợp (HEV) và xe điện thuần túy (EV) cùng bắt đầu sử dụng các mô-đun được chế tạo trên cấu trúc SiC MOSFET và tỷ lệ thể tích được giảm xuống còn 1/5.

4. Ưu điểm của thiết bị dựa trên cấu trúc Epitaxial SiC MOSFET

So với vật liệu Si được sử dụng rộng rãi, độ dẫn nhiệt cao hơn của vật liệu SiC quyết định mật độ dòng điện cao của nó và độ rộng dải cấm cao hơn xác định cường độ trường đánh thủng cao và nhiệt độ hoạt động cao của thiết bị SiC. Những ưu điểm của MOSFET SIC có thể được tóm tắt như sau:

1) Làm việc ở nhiệt độ cao: Vật liệu SiC có cấu trúc tinh thể rất ổn định về tính chất vật lý và độ rộng vùng năng lượng của nó có thể đạt từ 2,2eV đến 3,3eV, gần gấp đôi so với vật liệu Si. Do đó, nhiệt độ mà SiC có thể chịu được càng cao. Nói chung, nhiệt độ hoạt động tối đa mà thiết bị SiC có thể đạt được có thể lên tới 600 ° C.

2) Điện áp chặn cao: Cường độ trường đánh thủng của SiC gấp mười lần so với Si, do đó điện áp chặn của MOSFET dựa trên SiC epi wafer cao hơn nhiều so với Si.

3) Suy hao thấp: Ở một mức công suất tương tự, suy hao dẫn truyền của SiC MOSFET nhỏ hơn nhiều so với suy hao dựa trên Si. Hơn nữa, sự mất mát dẫn truyền của các thiết bị dựa trên SiC ít phụ thuộc vào nhiệt độ và sẽ thay đổi rất ít theo nhiệt độ.

4) Tốc độ chuyển mạch nhanh: SiC MOSFET so với Si MOSFET, trong sự phát triển và ứng dụng của SiC MOSFET, so với MOSFET của Si có cùng mức công suất, khả năng chống khi bật và mất mát khi chuyển mạch của cấu trúc SiC MOSFET thuộc dạng biểu mô được giảm đáng kể, đó là phù hợp với tần số hoạt động cao hơn. Ngoài ra, do đặc tính hoạt động ở nhiệt độ cao, độ ổn định nhiệt độ cao được cải thiện đáng kể.

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.

Để biết thêm thông tin, vui lòng liên hệ với chúng tôi qua email victorchan@powerwaywafer.compowerwaymaterial@gmail.com.

Chia sẻ bài này