4H-SIC碳化硅二極管的反向特性

  在摻雜較高硅基二極管中，隧穿效應(yīng)被認(rèn)為是一個(gè)重要因素，并且得到了充分的研究證明。然而，有關(guān)的文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)顯示碳化硅器件模型研究中，由于其半導(dǎo)體制料的寬禁帶特性，擊穿效應(yīng)主要由雪崩碰撞離化引起，隧道擊穿效應(yīng)的影響不需要考慮。因此，我們建立了雪崩碰撞離化的擊穿模型。對(duì)4H-SIC pn結(jié)型二極管擊穿特性進(jìn)行模擬研究。
  已知反問飽和電流公式，電壓取負(fù)值時(shí)，它導(dǎo)致二極管的電流密度-I₀稱為反向飽和電流。I₀的值不僅依賴于材料參數(shù)如n_i，μ_h，μ_e，摻雜濃度，也依賴于外加電壓(V_r>KT/q)。因?yàn)镮₀與n_i²相關(guān)，因此它受到溫度的影響很大。下圖1為600K外延層材料 SiC長(zhǎng)度為100μm，厚度3.8μm時(shí)反向擊穿特性。

 
  擊穿電壓的溫度系數(shù)是一個(gè)用于商量二極管高溫和擊穿特性的主要參數(shù)，又是二極管擊穿機(jī)理的判據(jù)，理論可以得知，4H-SIC pn結(jié)二伋詩的雪崩擊穿電壓又有其負(fù)溫度系數(shù)，隨溫度升高而增加，而隧道擊穿影響不大。已知前邊模擬計(jì)算得出，常溫下，-10V時(shí)，漏電流密度是2.4×10¹³A/cm²。圖1為二極管在600K的反向電流-電壓特性，漏電流密度隨溫度升高増加，-100V時(shí)，值為1.2×0¹¹A/cm²?？梢姡邷貢r(shí)反向電壓低于600V時(shí)，都表現(xiàn)了極好的整流牲性。當(dāng)反向偏壓高于600V時(shí)，二極管燒毀。由反向擊穿電壓的理論公式得出，線性緩變結(jié)和單邊突變結(jié)的pn結(jié)反向擊穿電壓與臨界擊穿電場(chǎng)的成1.5次方和2次方的比例。因?yàn)镾IC的臨界擊穿電場(chǎng)是Si的臨界擊穿電場(chǎng)的10倍，所以SIC碳化硅的擊穿電壓就是Si的幾十倍。對(duì)于不同的材料，禁帶愈窄則雪崩擊穿電壓愈低，這是因?yàn)榕鲎搽婋x是電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶的過程，禁帶愈窄愈容易發(fā)生，倍増愈明顯，因而擊穿電壓就愈低。所以碳化硅SiC電子器件在高壓的領(lǐng)域應(yīng)用具有極大的優(yōu)勢(shì)。
 
 
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