宽禁带半导体电力电子器件汇总.ppt

宽禁带半导体电力电子器件研究 主要内容 一、 国内外发展现状与趋势 二、 研究内容、拟解决的技术难点和创新点 三、 研究目标、技术指标 四、 研究方法、技术路线和可行性分析 五、 年度进展安排 三、 研究目标、技术指标 四、 研究方法、技术路线和可行性分析 四、 研究方法、技术路线和可行性分析 四、 研究方法、技术路线和可行性分析 四、 研究方法、技术路线和可行性分析 谢 谢！ 主要内容 一、 国内外发展现状与趋势 二、 研究内容、拟解决的技术难点和创新点 三、 研究目标、技术指标 四、 研究方法、技术路线和可行性分析 五、 年度进展安排 对于IGBT器件，影响器件的阻断电压的主要因素，包括漂移层的厚度和载流子浓度；影响器件通态压降的因素，包括反型层沟道的迁移率、pnp晶体管的注入效率以及p型发射极的欧姆接触电阻等；影响器件的开关速度的因素，包括基区的少子寿命，厚度和掺杂浓度等。在此基础上，利用数学计算工具、仿真模拟软件等对SiC IGBT器件结构参数，包括阻挡层的厚度及掺杂浓度、漂移层的厚度及掺杂浓度、沟道长度、发射区掺杂及深度、基区掺杂及深度等器件结构参数和SiC的材料参数，包括载流子寿命、界面态密度等，对IGBT器件内部的能带图、电场分布，器件的转移特性、输出特性、击穿电压等静态特性，开关速度等动态特性，进行模拟仿真，分析器件器件结构参数和材料参数对器件性能的影响机理；合理解决器件通态压降与耐压、开关速度的折中关系。 研究场限环、结终端延伸等终端保护技术对器件击穿特性的影响，包括场限环间距、宽度、掺杂浓度、结深度等因素，以及结终端延伸的长度、深度、浓度等因素对器件内部电场分布的影响，获得合理的结终端保护结构计，从而优化器件结构。 * 中国科学院微电子研究所 宽禁带半导体材料优越的物理化学特性 表 1 几种SiC 多型体及其它常见半导体材料的性能比较 2 100 400 2.5 4.9 9.66 3.0 6H-SiC 2.5 2 2.2 1.3 0.9 最大电子饱和速度(107cm/s) 200 115 40 400 425 空穴迁移率(cm2/s·V) 1000 1000 800 8800 1500 电子迁移率(cm2/s·V) 2.0 2.2 2.12 0.4 0.3 击穿电场(106 V/cm) 1.3 3.7 3.2 0.54 1.5 热导率(W/K·cm) 9.5 10 9.72 12.5 11.8 相对介电常数 3.4 3.26 2.4 1.43 1.12 禁带宽度(eV) GaN 4H-SiC 3C-SiC GaAs Si 特征 一、 国内外发展现状与趋势 器件产生的损耗减少 (导通电阻减至数分之一) 可高频工作 可在高温下工作 热导率约为Si的3倍 绝缘耐压约为Si的7~10倍 电子饱和速度约为Si的2倍以上 带隙约为Si的3倍 熔点约为Si的2倍 周边部件尺寸减小 冷却装置尺寸减小或省去 电力系统的精简 电力系统中电力损耗的减少 效果 与Si器件的优点 SiC功率器件与Si器件相比的优点 一、 国内外发展现状与趋势 表2 不同结构的SiC 电力电子器件的特点及研究现状 2007年，Purdu大学研制了阻断电压高达20kV的SiC P-IGBT。 适合于中高压等级 IGBT 2004年，美国Rutgers大学报道击穿电压为9.2 kV，比导通电阻为33mΩ·cm2的的SiC BJT器件。 已有1200V/6、20A的商业样品。 开关速度与MOSFET相当，驱动电路较MOSFET器件复杂 BJT SiC双极型开关 2004年，美国Rutgers大学报道击穿电压为11kV、比导通电阻为130mΩ·cm2的SiC-JFET器件。 已有1200V和1800V、15A～30A的商业样品。 高速的开关性能 JFET 2004 年，美国的Cree公司报道阻断电压高达10 kV，比导通电阻为123 mΩ·cm2的4H-SiC DMOSFET。 已有1200V /10、20 A的商业样品。 高速的开关性能、低导通电阻 MOSFET SiC单极型开关 2007年美国的Cree公司研制了SiC 10 kV /20 A的结势垒肖特基二极管。 已有商业化样品。 结合了pn结和肖特基结构的优点，耐压和开关速度介于两者之间 结势垒肖特基器件（JBS） 2001年，利用结终端延伸技术，日本报道了耐压至 19.5kV 的 4H-SiC 的台面型 pin 二极管。 耐压高于肖特基器件，开关速度低于肖特基器件 PIN器件 2003年，美国Rutgers大学报道了阻断电压超过10kV的4H-SiC的肖特基器件，比导通电阻为97.5 mΩ·cm2。 已商业化。 开关速度快 肖特基器件（SBD） SiC 整 流 器 实验室