研究目的
提出并实验验证一种额定电压为1.2千伏的4H-SiC OCTFET器件,其采用八边形单元拓扑结构,相比传统线性单元MOSFET具有更优异的高频优值(HF-FOMs)。
研究成果
采用八边形单元拓扑结构的4H-SiC OCTFET器件成功制备,展现出优异的高频优值特性——相比线性单元MOSFET,在[Ron×Cgd]参数上提升达2.1倍,在[Ron×Qgd]参数上提升1.4倍。该设计通过优化JFET宽度及紧凑版图布局,为功率开关应用提供了显著增强的高频性能。
研究不足
该研究仅限于X-FAB的1.2千伏额定器件及特定制造工艺。八边形单元设计可能因沟道密度较低而导致比导通电阻(Ron,sp)较高,且优化重点聚焦于高频优值,可能以牺牲其他性能指标为代价。模拟未充分考虑多晶硅条带,这可能影响准确性。
1:实验设计与方法选择:
研究通过TCAD数值模拟优化OCTFET设计以最小化高频优值,随后进行制备与实验验证。采用八边形单元拓扑结构以降低反向转移电容(Cgd)和栅漏电荷(Qgd)。
2:样品选择与数据来源:
器件制备于6英寸4H-SiC Si面外延n型层晶圆上,同步制备线性单元MOSFET作为对比。
3:实验设备与材料清单:
制备使用6英寸代工厂(X-FAB),材料包括4H-SiC晶圆、多晶硅栅极及多种掺杂(氮和铝)。采用TCAD仿真、氧化、沉积及电学表征设备。
4:实验流程与操作步骤:
制备步骤包含离子注入、激活退火、栅氧化、多晶硅沉积与光刻、介质沉积、欧姆接触形成、金属沉积及钝化。电学测量包括输出特性、Cgd、Qgd及击穿电压。
5:数据分析方法:
分析仿真与实测数据计算Ron,sp、Cgd,sp、Qgd,sp及高频优值,并与线性单元设计对比。
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获取完整内容-
TCAD numerical simulation software
Used for optimizing the OCTFET design through numerical simulations.
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6-inch foundry
X-FAB
Used for fabricating the 4H-SiC OCTFET and linear-cell MOSFET devices.
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4H-SiC wafer
Substrate material for device fabrication, with n-type epitaxial layer.
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Poly-Si gate
Gate electrode material deposited and patterned during fabrication.
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Gate oxide
Insulating layer formed by dry oxidation.
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NiSi ohmic contact
Used for forming low-resistance contacts on the front and back sides.
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Al-based metal
Deposited for source and gate pads.
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Nitride passivation layer
Passivation layer stacked on the front side.
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Polyimide passivation layer
Passivation layer stacked on the front side.
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