一、离子注入制备4H-SiC器件及其温度特性研究（论文文献综述）
姜玉德[1]（2021）在《4H-SiC JBS二极管的设计与应用研究》文中提出碳化硅（Silicon Carbide,SiC）作为第三代半导体的代表,具有宽禁带、高临界击穿电场、高电子迁移率和高热导率等特性,是制作功率器件的理想材料。相较于传统硅（Silicon,Si）基功率器件,SiC器件可以缓解导通电阻和击穿电压之间的矛盾,满足电力电子系统对高功率密度、高开关频率以及低散热的要求。自2001年首次推出商用SiC二极管至今,SiC器件一直处于高速发展阶段,其中原子排列周期为4层的六方晶格结构碳化硅（4H-SiC）结势垒肖特基（Junction Barrier Schottky,JBS）二极管是目前应用最广泛的SiC器件,具有高开关速度、低导通阻抗、低反向恢复电流等优点,可以显着提高电力电子系统的性能。然而,4H-SiC JBS二极管的击穿电压容易受到终端区域界面电荷的影响,因此二极管的终端结构设计非常重要,并且器件在高温、高压和高湿等应力下出现的电学特性退化现象也亟待解决。基于此,本文对4H-SiC JBS二极管的结构设计、可靠性和应用开发等方面展开理论研究和实验探索,主要研究内容可归纳如下。1.设计了1200 V 4H-SiC JBS二极管的结构并开展了仿真研究。首先,通过理论计算选择了掺杂浓度为8×1015 cm-3、厚度为10μm的外延层;然后,利用Silvaco软件对4H-SiC JBS二极管的正反向特性进行仿真研究,确定了元胞区的最优结构;最后,设计了JBS二极管的两种终端结构,即结终端扩展（Junction Termination Extension,JTE）和场限环（Filed Limiting ring,FLR）。针对这两种终端结构展开了如下研究:1)分析了JTE结构的横向长度、注入剂量与击穿电压之间的关系,并讨论了4H-SiC/SiO2界面电荷对终端电场分布的影响,当电荷密度大于1×1012 cm-2时,器件的击穿电压下降趋势明显;2)分别研究了等间距FLR结构和缓变间距FLR结构,设计参数主要为环间距和环个数,仿真结果表明等间距FLR的终端效率较低。在考虑界面电荷的影响下,确定了24环缓变间距FLR结构,当界面电荷密度在1×1012 cm-2～7×1012 cm-2之间时,该结构的击穿电压保持不变。2.制备了4H-SiC JBS二极管系列样品并分析了其电学输运机制。基于仿真研究结果,优化了高温离子注入、碳膜溅射和欧姆接触等关键工艺条件,对4H-SiC JBS二极管进行了流片测试。基于FLR结构JBS二极管的变温正向电流-电压（I-V）测试结果,详细阐述了4H-SiC JBS二极管随着导通电流增加,正向导通由热发射机制过渡到双极导电机制的过程。通过反向I-V曲线发现,反向电流与温度和电压具有强依赖关系,小偏压下由肖特基效应主导;随着电压的增加,反向漏电由热场发射机制主导。3.开展了4H-SiC JBS二极管的可靠性实验并分析了器件失效原因。针对FLR结构的4H-SiC JBS二极管设计了四种老化实验,以评估器件在高温、高湿、功率负载等条件下的长期可靠性。在浪涌实验中,对二极管施加单次正弦半波的电流脉冲,脉冲宽度为10 ms,发现二极管能承受的最大浪涌电流为115 A。在高温高湿反偏实验中,在对二极管施加600 V偏压的前提下,将其置于高温高湿环境中1000小时,老化结束后发现一颗器件的击穿电压下降到900 V左右,利用扫描电子显微镜、激光光束诱导电阻变化进行失效分析。在间歇寿命（IOL）老化实验中,经过3000次功率循环后,二极管的各项参数保持稳定。在温度循环（TC）实验中,将器件分别置于175℃和-55℃的环境中15分钟,随着循环次数的增加,部分器件的正向压降明显上升,通过反射式扫描声学显微镜发现失效器件出现了严重分层。4.研究了4H-SiC JBS二极管在Boost型功率因数校正（Power Factor Correction,PFC）电路中的应用。相较于传统的Si基快恢复二极管（Fast Recovery Diode,FRD）,4H-SiC JBS二极管可以有效提高PFC电路的性能。利用制备的器件搭建了Boost PFC样机分别对两者进行测试,电路开关频率为50 kHz。测试结果显示,当输出功率为1000 W时,相比于传统的Si FRD,使用SiC JBS的整机效率由97%提升至98.13%;当输出功率从400 W变化到1000 W时,Si FRD的工作温度从36.2℃升至96.6℃,而SiC JBS的温度仅仅从27.8℃升至47.8℃,表明SiC JBS对提升PFC电路的性能具有明显优势。
张彬[2]（2021）在《飞秒激光直写铌酸锂、三硼酸锂和碳化硅晶体光波导及其应用》文中进行了进一步梳理集成光路可以实现光信号的高速传输和处理,在光通信和量子信息处理中起着至关重要的作用。光波导是集成光子学中最基本的元件之一,可以用于制作多功能、小型化的器件,如波导激光器、分束器、电光调制器、变频器、波导阵列等。在光波导中,光可以被紧紧地限制在一个微米或纳米尺度的体积内,并通过全内反射进行传输。利用低损耗光波导,可以大大提高光密度和非线性相互作用。因此,高性能光波导在集成光学和非线性光学中有着广阔的应用前景。许多技术已被用来制作晶体中的光波导,如质子/离子交换、离子注入/辐照和金属离子热扩散。然而,由上述技术制造的光波导仅限于平面几何结构。采用飞秒激光直写的方法可以制作出埋藏在样品表面以下一定深度的三维波导结构。飞秒激光直写技术是一种灵活的、无掩模的、真正意义上的三维微纳加工技术,已被广泛应用于制作光子学器件和微流控器件（如光量子芯片、波导传感器和光流控芯片）。它在数据存储、玻璃键合、铁电畴反转等方面也起着重要的作用。飞秒激光的超短脉冲宽度和极高的峰值强度是该技术取得巨大成功的重要原因。超短脉冲宽度可以抑制热影响区的形成,从而实现超高精度的材料加工。极高的峰值强度导致透明材料中出现非线性相互作用（如多光子吸收和隧穿电离）。为了实现对晶体的三维精密加工,通常采用显微物镜将近红外飞秒激光聚焦到样品表面或样品内部。飞秒激光诱导的非线性相互作用与自由电子等离子体的产生有关,自由电子等离子体的产生可能导致焦点区域的材料改性。飞秒激光诱导的晶体改性主要分为Ⅰ类改性和Ⅱ类改性。对于Ⅰ类改性,折射率变化为正。在Ⅱ类改性区域发生了负折射率变化。基于这两种改性,在晶体中制备了多种光波导,如单线、双线和凹陷包层光波导。这些光波导已经被用来构造多功能的光子学器件,如电光调制器、分束器、波导激光器和变频器。随着对飞秒激光与晶体相互作用的深入研究,将制作出更具吸引力的波导器件。铌酸锂（LiNbO-3或LN）是一种多功能晶体,具有电光系数大、非线性系数大、透明范围宽、铁电效应好等特点。LiNbO3晶体在频率转换、电光调制和光参量振荡（OPO）等方面起着至关重要的作用。三硼酸锂（LiB3O5或LBO）是一种重要的非线性光学晶体,具有较高的损伤阈值和较宽的透明范围（160～2600nm）。LBO晶体在非线性光学和量子光子学中有着广泛的应用,如二次谐波产生（SHG）、三次谐波产生（THG）、光参量放大（OPA）、OPO和自发参量下转换（SPDC）。碳化硅（SiC）晶体作为最具吸引力的第三代半导体材料之一,对电子学和光子学领域的高功率、高频率应用具有重要意义。SiC晶体在量子光学中也有潜在的应用,如制备高效明亮的单光子源。与块状晶体相比,在LiNbO3、LBO和SiC光波导中可以实现光密度和非线性相互作用的增强,使构建小型化、高性能的新型集成光子学器件成为可能。本论文的研究内容主要包括:1)飞秒激光直写LiNbO3、LBO、SiC晶体光波导;2)利用共聚焦显微拉曼光谱对光波导形成机理进行研究;3)利用端面耦合系统研究光波导的导波特性;4)基于波导的光子学器件的分析与表征。根据所选择的晶体和光子学器件的类型,可以将本文的主要研究内容概括如下:利用飞秒激光多重扫描技术制备的LiNbO3多线波导,实现了模式调控。我们研究了脉冲能量和聚焦深度对制备多线波导的影响,并研究了这些波导在632.8nm和1550nm波长下的导波特性。实验结果表明,通过优化飞秒激光加工参数,可以定制多线波导在通信波段的模式。这项工作在利用LiNbO3多线波导制作新型集成光子学器件方面具有潜在的应用价值。利用室温下的双折射相位匹配技术,在飞秒激光写入的LiNbO3波导中实现了1064nm波长的SHG。基于端面耦合系统,研究了多线、垂直双线和凹陷包层波导在1064 nm波长下的导波特性（即近场模式分布和传输损耗）。我们还研究了波导的导波特性对1064 nm波长倍频的影响。实验结果表明,沿ne偏振方向的导波特性对SHG过程更为重要。凹陷包层波导中的最大转换效率为0.87%,对应的最大SHG峰值功率为40.40W。我们的工作为利用飞秒激光写入的LiNbO3波导制备新型变频器铺平了道路。利用飞秒激光在PPLN晶体中制备了凹陷包层波导。基于三阶的准相位匹配（QPM）,在这些波导中实现了 1064 nm波长的SHG,并且得到了 SHG输出的温度调谐曲线。在相位匹配温度（～94.9℃）下,研究了波导在1064 nm波长下的导波特性。我们还研究了凹陷包层波导中SHG峰值功率和转换效率与输入峰值功率的关系。实验结果表明,当SHG峰值功率达到9.64 W时,最大转换效率为0.075%。该工作为构建多功能、小型化变频器奠定了基础。我们报道了飞秒激光在z切LiNbO3晶体中写入的1D和2D凹陷包层波导阵列。1D波导阵列由三个沿水平方向紧密排列的凹陷包层波导组成。用1550 nm以及1064 nm波长的连续波（CW）激光入射1D波导阵列的每个波导,得到了相应的输出模式图。2D波导阵列（蜂窝状结构）由七个沿水平和垂直方向紧密排列的凹陷包层波导组成。用1064nm波长的CW激光激发2D波导阵列的每个波导,得到了相应的输出光强分布。我们还利用共聚焦显微拉曼光谱实验对凹陷包层波导进行了表征。这些研究结果丰富了 LiNbO3波导阵列的内容,对描述离散系统具有重要意义。利用飞秒激光直写技术在LiNbO3晶体中制备了一种新型的基于波导的偏振光分束器（PBS）。这种单片PBS是由定制的波导结构所构成的,可以很好地分离出沿no和ne偏振方向的线偏振光。在1064nm波长下沿nr和no偏振方向测量时,该PBS的偏振消光比（PER）能分别达到16.60 dB和16.18 dB,对应的插入损耗（IL）分别为3.86 dB和4.15 dB。这种PBS对集成光子学和量子光学中制作紧凑型偏振转换系统具有潜在的应用价值。我们报道了飞秒激光写入LBO晶体中的双线和凹陷包层波导。本工作中进行了共聚焦显微拉曼光谱实验和端面耦合实验。在波导芯处所获得的显微拉曼光谱与块体材料的拉曼光谱基本一致,这表明块体材料的特性在导波区域可以得到很好地保留。此外,这些波导几乎是偏振无关的,可以很好地引导波长为405 nm和810 nm的激光。基于第一类相位匹配,在飞秒激光直写的波导中实现了 810 nm的SHG和405 nm的SPDC。本项工作在集成非线性光学和量子光子学领域具有潜在的应用价值。我们在6H-SiC晶体（SiC族晶体之一,六方晶系结构）中制备了双线和凹陷包层波导。基于端面耦合系统,研究了波导在1064nm波长下的导波特性。利用共聚焦显微拉曼光谱（由532nm激光激发）分析了飞秒激光在6H-SiC晶体中诱导的材料改性。实验结果表明,通过优化飞秒激光加工参数,可以定制波导的模式。此外,光谱蓝移（～787.05 cm-1）主要发生在激光辐照区。根据得到的拉曼强度图和光谱频移图,我们可以得出结论:与块体材料相比,波导芯中的晶格结构几乎没有发生变化。这项工作为制备基于波导的新型集成量子光子学器件奠定了基础。
窦文涛[3]（2020）在《6英寸N型4H-SiC单晶衬底材料研究》文中研究表明宽禁带碳化硅半导体是继硅半导体之后新近发展起来的新一代功率半导体,主要应用于电力电子、微波电子、光电子等领域,可大幅降低系统功耗,大幅提高能量转换效率,大幅减小系统体积,涉及国防军工、航空航天、微波通讯、高端装备制造、新能源、半导体照明等众多国家鼓励发展的战略行业,对于保障国防安全,发展高端装备制造业,实现产业升级换代具有重大意义。随着碳化硅产业链的不断发展,下游产业对碳化硅衬底的需求量持续增大,同时对品质提出了更高的要求。本文以实现6英寸N型4H-SiC单晶衬底的产业化为目标,采用自主研发设计的单晶生长设备,进行单晶缺陷控制方法研究,并成功实现6英寸衬底加工,获得了高质量的6英寸N型4H-SiC单晶衬底。在此基础上制备了高压大功率肖特基二极管,验证衬底材料的实用性。本文的主要研究工作为:1、采用数值模拟方法分析碳化硅单晶生长的热场分布,根据单晶生长的理想温场要求,研究了中频电源频率、炉膛直径、保温厚度、坩埚长度等参数对于温场的影响,优化了加热系统的结构;围绕优化的温场结构,对生长设备进行了集成设计,并提高了自动化水平和安全等级,形成了可稳定、可靠运行的设备整体。2、研究多型、微管及位错等缺陷的形成机制及影响因素,并据此优化了生长温度,生长速率,温度梯度,籽晶质量等关键缺陷控制参数,成功实现了 4H晶型比例100%,微管密度小于0.1个/cm2,贯穿螺型位错（TSD）密度低于1000/cm2,基平面位错（BPD）密度低于2000/cm2。3、研究6英寸衬底加工工艺,分析了固结金刚石多线切割中线张力、线速度、进刀速度等因素对切割质量的影响及化学机械抛光过程中所使用的氧化剂、添加剂对衬底表面粗糙度、平整度等的影响,据此优化了切割及化学机械抛光工艺,使衬底的翘曲度降低到20 μm以下。4、基于自主生产的6英寸N型碳化硅衬底进行器件验证,根据器件仿真、DOE实验和工艺精度能力,对JBS的结势垒区和肖特基区的面积比例、线宽比例、形状等结构进行了优化设计,同时研究并优化了外延,介质沉积,高温离子注入等关键制备工艺,最终制备了 1200V/12A、1200V/35A肖特基二极管,测试结果表明,器件性能已经与国际一流产品相当。
林真源[4]（2020）在《ArF准分子激光诱导4H-SiC表面缺陷态调控电接触性能研究》文中进行了进一步梳理与传统半导体Si、Ga As相比,第三代半导体Si C拥有禁带宽度大、载流子饱和转移速率高、导热系数高、击穿电场强度高以及优异的物化稳定性等特点,使得Si C基高功率电子器件在高温、高频等苛刻环境中的应用具有更强的适用性和优异性。然而,由于Si C材料的禁带宽度较大而且其表面态较为复杂,因此不易获得较好的欧姆接触,这极大地影响了Si C基器件的工作效能。因此,传统Si C基器件制备需要在Si C表面形成重掺杂,并连同金属经高温退火才能形成较好的Si C-金属欧姆接触。但是Si C重掺杂工艺难度大、成本高,且高温处理极易在Si C表面/界面处产生缺陷,从而影响Si C-金属欧姆接触的稳定性。紫外激光具有瞬时高能量密度输出及超快能量注入效应,且Si C对紫外波长光吸收率高,基于紫外激光对Si C表面辐照改性的科研近年来已有开展。但至今尚无法较好地对Si C表面态进行调控使其达到器件应用水平,激光对Si C表面态及其缺陷行为的作用规律及机制还有待系统的研究和明晰,以获得有目的调控Si C表面电接触性质而改善Si C基器件性能的有效信息。所以,对激光诱导Si C表面态变化和相关的调控规律和机制的研究,存在十分重要的科研价值和应用意义,这也是本博士论文研究工作的基本出发点。论文根据Ar F准分子激光（波长193 nm）的高能光子（6.5 e V）特性,进行了激光辐照4H-Si C表面诱导缺陷态及电接触改性的调控研究,所用气氛环境为目前大多研究常用的空气和真空两种气氛环境。通过导电原子力显微镜（C-AFM）、透射电子显微镜（TEM）等,系统地研究了空气和真空中Ar F准分子激光辐照4H-Si C诱导O、N、C原子缺陷态的分布特征,采用傅利叶红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）等分析了不同环境条件下O、N、C原子缺陷态形成的原因和机理。针对目前金属/Si C欧姆接触的局限性问题,进一步研究了激光改性4H-Si C表面O、N、C缺陷态对金属/4H-Si C势垒的影响,明显改善4H-Si C表面电接触特性,且无需传统退火工序在其表面实现了改良的欧姆接触。基于密度泛函理论（DFT）,解释了激光诱导O、N、C等原子缺陷态对表面电接触改性的贡献机制,丰富了高性能Si C基器件可控制备的理论研究依据。研究发现,空气中经Ar F准分子激光辐照,4H-Si C表面Schottky势垒可以在0.38±0.05 e V至1.82±0.1 e V间进行调控。由于Ar F准分子激光的光子能量较高（6.5 e V）,远高于Si-C键的能量（3.21 e V）,因此,当4H-Si C表面累计吸收的能量超过Si-C键能及断裂所需的振动能时,即发生断键导致的光化学反应。空气中,Ar F准分子激光辐照诱导的等离子体中大多数的Si原子会沉积在4H-Si C表面,形成亚稳态的非化学配比并具有O空位的Si Ox/Si织构,O空位的引入会在一定程度上降低肖特基势垒宽度,因此提高电子的直接隧穿电流效应的几率;而诱导出的C原子则会与空气中的N原子结合并产生Pyridinic-N及Pyrrolic-N掺杂的石墨烯层,该N掺杂石墨烯的费米能级向导带偏移了约0.4 e V,从而降低了金属/4H-Si C接触的势垒高度。因此,研究确定激光辐照产生的Si Ox/Si造成接触势垒宽度减薄以及N掺杂多层石墨烯造成接触势垒高度降低的共同作用导致了空气中Ar F准分子激光辐照4H-Si C表面电接触的改性。真空中的激光辐照实验,着重对激光辐照诱导的单空位（SV）、双空位（DV）、多空位（MV）等C原子缺失缺陷及Stone-Wales（SW）晶格畸变等多种C缺陷态的产生和分布特征进行了系统分析。SW（55-77）的形成能约为5 e V,属于形成能较小的C原子缺陷,193 nm波长Ar F激光的光子能量（6.5 e V）可以直接满足缺陷所需的形成能;而SV（5-9）、DV（5-8-5）、MV（7-55-7）等C原子缺陷的形成能均大于6.5 e V,此时,由于Ar F准分子激光在4H-Si C表面的多脉冲辐照（>1000次）形成一个能量注入的非平衡过程,这种非平衡态的存在有利于空位或非晶化的出现。Ar F准分子激光可以诱导出SV（5-9）、DV（5-8-5）、MV（7-55-7）等C原子缺陷。探究Ar F准分子激光诱导4H-Si C表面C原子缺陷态的形成机理,可以有目的地优化4H-Si C表面缺陷态以实现对表面功能的改善。进一步研究发现,不同的C原子缺陷态对4H-Si C电接触改性具有不同的作用机制。SV（5-9）和MV（7-55-7）缺陷中,C原子缺失造成悬挂键的增加,使得费米能级附近的电子局域态密度增加,造成电子-空穴复合概率增大,导致在这些缺陷态集中区的金属与4H-Si C间电传输性能减弱。而SW（55-77）和DV（5-8-5）缺陷是由于C原子移位造成的晶格畸变,C原子间距离变短,从而C原子间存在较高的差分电荷密度,因此,与SV（5-9）和MV（7-55-7）缺陷相比,SW（55-77）和DV（5-8-5）缺陷态集中区的金属与4H-Si C间的电传输性能会更好。明确不同C原子缺陷态对4H-Si C电传输特性的影响机制,对激光辐照调控金属/Si C界面电接触特性的研究具有重要的指导意义。论文通过对空气和真空中Ar F准分子激光辐照调控4H-Si C表面态的系统研究,确定了不同气氛条件下激光诱导4H-Si C表面O、N、C缺陷态的形成原因、分布特征及调控机理,并对各缺陷态引起的Si C表面电接触变化过程进行了测试与分析,实现了可控的4H-Si C表面电接触改性。该物理过程与机制研究为进一步推进激光辐照Si C改性研究和发展Si C基高性能光电器件提供了有意义的实验依据及理论参照。
徐博[5]（2020）在《基于4H-SiC单晶的肖特基结型器件研制》文中研究表明第三代半导体材料又称宽禁带半导体材料,因其独特优良的性能被广泛的应用在军事、医疗、照明等众多领域。作为第三代半导体材料的碳化硅（SiC）,有着众多优良的性能,如禁带宽度大、电子饱和漂移速度快、临界击穿场高、以及耐高温耐辐射等。这些优良的性能使得SiC被广泛的应用在大功率、高温、抗击高辐射等半导体电子器件的制造领域。目前大部分的SiC肖特基器件都是以外延片作为基底材料。而本文基于离子注入技术,以单晶4H-SiC作为衬底制备出拥有较厚的灵敏区的肖特基器件。并对器件的形貌及电学特性进行了详细的研究。利用SRIM模拟仿真软件,在不同注入条件下比对N离子在4H-SiC中不同的分布状态。重点仿真了注入剂量、注入角度及注入能量对N离子分布的影响。最终得出当样品采用如下参数进行离子注入时（倾斜角度为7°;4次离子注入;注入能量分别为30 keV、70 keV、120 keV、200 keV）可得到400 nm分布相对均匀的N离子注入区域。1450℃条件下对N离子注入后的单晶4H-SiC进行2h高温退火处理,进而修复由离子注入带来的晶格损伤及N离子电学激活。通过紫外吸收光谱发现,离子注入后在370500nm吸收强度稍有提升,经退火后由恢复了陡峭的吸收边。在对拉曼散射光谱中E1和E2的峰强比进行计算中发现,离子注入后的峰强比变大而退火后的峰强比又恢复到初值。通过X射线衍射谱测发现,离子注入后（004）晶面对应的峰位由35.63°变为35.74°,同时在该峰位附近出现了较小的孪生峰,而高温退火后峰位重新回到35.63°,小的孪生峰消失。在扫描电子显微镜图像中,高温退火后样品表面形貌会遭到破坏,而在表面采用AlN进行退火保护的样品相对于没有进行保护的样品的表面形貌得到了明显的改善。实验发现热KOH溶液能够有效去除AlN,并通过能谱分析测试进行了验证。对N离子注入面进行电阻率测试,得出载流子浓度约为1.0?1018cm-3,激活率约为10%。使用高真空蒸发台制备了Al/Ti/Au欧姆电极和Ni/Au的肖特基电极。通过Silvaco软件对器件进行仿真并得出,器件的开启电压为8V;反向饱和电流为2.5×10-19A;势垒高度为1.47eV。高温退火0.5h和2h的器件开启电压分别为10V和12 V;反向饱和漏电流分别为1.0×10-9A和1.5×10-8A;势垒高度分别为0.89eV和0.84eV。器件的仿真结果与实际结果有一定程度的偏差,其原因是在器件的制备过程中,高温退火无法完全修复由离子注入导致的晶格损伤,会在4H-SiC内产生一定量的缺陷。而高温退火也会降低4H-SiC的表面形貌,并且Ni与4H-SiC反应会导致C原子的析出,进而提高C空位的含量。所以对器件的整体电学性能造成影响。
王帅[6]（2020）在《高压SiC PiN功率二极管新结构设计与实验研究》文中研究说明碳化硅（Silicon Carbide,SiC）材料具有高电子饱和漂移速度、高热导率、高临界击穿电场以及抗辐照特性强等相比硅（Si）材料的突出优点。高压SiC双极型器件在电导调制效应的作用下,可以在拥有高耐压的同时获得更低的导通压降和更高的通态电流,特别适合高功率、耐高温、抗辐照的应用环境,从而成为近年来半导体功率器件领域的研究热点。作为一种双极型功率二极管,4H-SiC PiN二极管是应用在高压大功率整流领域中的一种重要的功率二极管,拥有广泛的应用前景和深厚的发展潜力。目前国内对SiC材料和4H-SiC PiN功率二极管的研究仍然处于起步阶段,技术水平与国外同领域的领先团队相比还有不小的差距。本论文对4H-SiC PiN二极管进行了电流增强型新结构的设计和仿真优化,并基于国内的碳化硅工艺条件,对新结构二极管进行了版图绘制和实验研究工作,从而为国内对4H-SiC PiN器件的相关研究提供参考。基于Silvaco TCAD半导体仿真软件,本文首先对4H-SiC PiN二极管的元胞基本结构进行了设计,确定元胞的漂移区厚度为30μm,掺杂浓度为3×1015cm-3,并仿真得到二极管元胞的击穿电压为4850V,正向电流密度100A/cm2时的开启电压为3.3V。此外本文还仿真模拟了温度和载流子寿命对4H-SiC PiN二极管正向导通特性的影响,并详细研究和分析了4H-SiC外延材料中的深能级缺陷对载流子寿命的影响机制。接下来文章提出了带P埋层和Trench型阳极区的4H-SiC PiN二极管电流增强新结构,对两种结构的电流增强机理进行了深入的分析,并对新结构器件的基本电学特性进行了仿真研究和优化;此后,本文确定将对离子注入型Trench阳极区结构的4H-SiC PiN二极管进行流片实验,并由此开展了二极管的结终端研究和设计工作,设计优化了常规的场限环终端结构且提出了一种带P+注入环的新型双区刻蚀型JTE结构,终端效率达到了96%。最后,文章对将进行流片实验的离子注入型Trench阳极区4H-SiC PiN二极管进行了版图绘制和工艺流程的设计;对流片实验中的关键工艺进行了简述和工艺开发设计,通过仿真模拟确定了Trench型P+阳极区的离子注入能量与剂量,此外还对P型欧姆接触进行了不同工艺参数的实验设计以获得较好的比接触电阻值。
侯岩松[7]（2019）在《4H-SiC p-i-n紫外光电探测器的制备及其光谱响应特性的研究》文中指出紫外光电探测器在军事,环境,生物科学等领域有广泛的应用。4H-SiC材料具有宽带隙,高热导率,高临界击穿场强,抗辐射,抗腐蚀等优点,是制备紫外光电探测器的理想材料之一。相较于4H-SiC肖特基,MSM,APD等结构,4H-SiC p-i-n结构紫外光电探测器得益于I层的加入,具有较高的光吸收效率,较快的响应速度,较低的暗电流等优点,在实际应用中占据着主流的地位。本文综合已有的光吸收系数的实验数据与理论计算值,分别计算了改变p+层厚度（I层厚度固定）和改变I层厚度（p+层厚度固定）时,4H-SiC p-i-n紫外光电探测器的峰值响应度以及峰值响应波长的变化情况,并对计算结果进行了分析。得出结论:较薄p+层和较厚I层的组合可以使器件获得更高的响应度,且当变化4H-SiC p-i-n紫外光电探测器的I层及p+层厚度时,其响应度及峰值波长均会发生变化,其中I层厚度的变化对器件响应度的影响更大,而p+层厚度的变化对器件峰值响应波长的影响更为明显。本文通过理论分析及优化器件制备工艺,设计并制备了四种不同外延结构的具有低暗电流(反向偏压10V以内约8×10-10A/cm2左右)的4H-SiC p-i-n紫外光电探测器,其中最高峰值响应度在波长278nm处达到0.139A/W,外量子效率为62%。对实验制备的4个样品的响应光谱进行了理论计算,并与实验制备器件的测试结果相对比,二者基本一致,证实了理论计算所采用的方法基本正确,同时也验证了器件制备的成功,在实验上验证了外延层厚度对4H-SiC p-i-n紫外光电探测器光谱响应特性的影响。
李卓[8]（2019）在《基于6H-SiC单晶的PiN器件研制》文中指出碳化硅（SiC）作为第三代半导体材料,其具有禁带宽、电子饱和漂移速度快、临界击穿场强高,以及耐高温和抗辐射等优良特性,广泛用于大功率、高频、高温、抗辐射电子器件的制造领域。SiC PiN器件在核辐射探测器方面有巨大优势,首先SiC优良的材料特性使器件能在高温和强辐射环境中工作;另外PiN结构灵敏区厚度大,适合高能辐射的探测,因此对SiC PiN器件的研究成为半导体核辐射探测器的热点之一。本文基于离子注入技术制备出6H-SiC PiN器件,并对器件的电学性能开展研究。利用SRIM软件模拟在不同注入条件下,N和Al离子在SiC中的分布情况,经过对注入次数和各次具体N和Al离子注入条件进行了模拟研究,使用多次注入并结合末次大角度注入的方法在500nm的SiC注入区域内实现较为均匀的N和Al离子浓度分布。对半绝缘6H-SiC单晶分别注入N和Al离子,在1450℃下,退火120min修复晶格损伤以及注入离子的电学激活。通过二次离子质谱发现,注入离子在退火后有一定程度的移动,同时在高温下的扩散作用下,N和Al离子浓度峰值均减小。通过X射线衍射谱发现,N和Al离子注入后的6H-SiC在位于35.54°和75.32°衍射峰位置分别出现小孪生峰,并且位于35.54°主峰的半高宽（FWHM）变宽;高温退火后孪生峰会消失,半高宽进一步变宽。通过拉曼图谱发现,N和Al离子注入会使位于765.85cm-1、788.03cm-1和964.48cm-1特征拉曼峰的半高宽展宽,且Al离子注入使6H-SiC有新拉曼峰的产生以及某些旧拉曼峰的消失,退火后恢复。通过霍尔以及注入面I-V特性测试发现,高温退火后的N和Al离子均有一定程度的电学激活。最后,利用离子注入技术,在半绝缘6H-SiC的Si面注入N离子,C面注入Al离子,制备出6H-SiC PiN器件。通过紫外可见吸收光谱表征,发现离子注入会在SiC中引入缺陷,高温退火有一定程度的恢复。通过I-V和C-V特性测试,发现制备的6H-SiC PiN器件的开启电压为3.026V;在-50V时,器件的漏电流密度为1.35×10-4A/cm2。通过对器件的紫外响应特性测试,观察到在不同反偏电压下,6H-SiC PiN的反向光电流比暗电流提高2-3倍;另外在0V和10V的反偏电压下,器件的响应度分别为1.43×10-3A/W和6.44×10-3A/W。
雷冰[9]（2019）在《4H-SiC结型势垒肖特基（JBS）二极管的研究》文中提出作为第三代半导体材料,碳化硅（Silicon Carbide,SiC）材料性能优越,可以被用在电动汽车、电机驱动以及国防军工等高压、高频、高温领域。SiC功率二极管是集成电路中不可缺少的一类具有整流、单向导电功能的功率器件,其中,SiC结势垒肖特基（Junction Barrier Schottky,JBS）二极管由于结合了 SiC 肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode,SBD）与SiC PiN二极管的优点,而被广泛关注。本文通过研究金属半导体接触理论、P-i-N结构理论、超结（Super Junction,SJ）技术和槽型技术,合理设计器件结构,提出新型 4H-SiC 分离式浮空槽 SJ（Segregated Floating Trench and SJ,S-FT SJ）JBS 二极管。4H-SiC S-FT SJJBS 二极管在具备高耐压（Breakdown Voltage,BV）的同时,兼顾低的比导通电阻（Specific On-Resistance,Ron,sp）,并打破了 SiC单极器件极限。（1）研究SiC材料特性、金属半导体接触理论、P-i-N结构理论、SJ技术以及槽型技术。SiC JBS二极管是一类以SiC材料为基础,以金属半导体接触、P-i-N结构为主要结构特点的二极管。将SJ技术与槽型技术运用在SiC JBS二极管中可以在提升器件耐压的同时,确保器件具有低比导特性。（2）提出新型 4H-SiC S-FT SJ JBS 二极管。4H-SiC S-FT SJJBS 二极管的第一个结构特点是在器件体内引入SJ结构,SJ结构在提升器件漂移层浓度的同时,可以优化漂移层的电场分布,因此可以同时降低器件比导通电阻与提升器件耐压;第二个特点是在器件体内引入与P+条隔离的浮空二氧化硅（SiO2）槽,浮空SiO2槽可以增加漂移层与金属阳极的接触面积,从而增大肖特基势垒面积,最终增加器件在正向导通时的电流密度,降低器件的比导通电阻。且浮空SiO2槽与漂移层组成类金属-绝缘体-半导体（Metal-Insulator-Semiconductor,MIS）结构,能够承担部分耐压。对比常规结构,新型4H-SiC S-FT SJ JBS二极管的耐压提高29.6%,比导降低50%。（3）在满足现有工艺技术条件下,研究SiC材料的工艺特性,给出了 SiC氧化、刻蚀、离子注入、肖特基接触以及欧姆接触的工艺特点,并对所提出的4H-SiC S-FT SJ JBS二极管进行工艺制备方案的设计。最后根据版图设计规则进行了 4H-SiC S-FT SJ JBS二极管的版图设计。
刘彦娟[10]（2019）在《碳化硅槽栅IGBT的功耗与辐射效应研究》文中进行了进一步梳理随着对能源节约以及环境保护的关注度的增加,功率半导体器件在人类社会中所起到的作用越来越大,人们对功率半导体器件的要求越来越高。此外,近些年通信业的快速发展对其系统内的开关电源的要求不断提高,即更高的开关频率、更小的开关能量损耗和更小的体积。随着技术的发展如何在不损害器件可靠性的基础上,降低槽栅IGBT的能量损耗,主要包括关断损耗和由通态压降所表征的通态功耗,一直是业界学者的研究热点,也是IGBT器件性能进一步提高所遇到的瓶颈问题。然而,对于IGBT器件而言,其导通功耗与关断损耗之间存在矛盾的关系,业界一般用通态压降与关断损耗之间的折衷曲线来衡量器件性能的优劣。本论文基于15 kV的4H-SiC槽栅n沟道IGBT器件,对其功耗进行研究,主要从降低其通态压降和减小其关断损耗两方面入手,设计了几种具有较低功耗的器件新结构。此外,为了弥补4H-SiC IGBT在重粒子条件下的单粒子烧毁效应（SEB）研究的不足,本文研究了 4H-SiC槽栅IGBT的单粒子烧毁效应的触发过程,同时研究了器件新结构的抗单粒子烧毁能力。本论文获得的主要创新成果归纳如下:（1）对于典型的4H-SiC槽栅IGBT器件,通常在沟槽栅的底部引入一个接地的P+屏蔽区,减小栅氧中的电场,提高栅氧的可靠性。然而,P+屏蔽区的引入会在电流的流通路径上引入两个寄生JFET电阻,增大器件的通态压降。为了解决上述问题,基于导通功耗的机理分析,设计了发射极沟槽的E-P+-TIGBT新器件结构。通过发射极沟槽及其底部的P+区来代替沟槽栅底部的P+屏蔽区,利用发射极沟槽底部的P+区在N-漂移区内产生的耗尽区来降低栅氧内电场,同时去除了寄生JFET电阻,在不退化器件其他电学特性的同时,达到降低通态压降和减小导通损耗的目的。（2）为了解决关断过程中对存储在N-漂移区内的过量载流子的抽取速度较慢的问题,基于关断损耗的机理分析,设计了集电极肖特基接触结构S-TIGBT。通过在集电极侧引入一个反向偏置的肖特基结,会在P型集电区内引入一个高电场,在电场的作用下,到达P型集电区的电子会被快速抽取到集电极,加快了电子的抽取速度。同时电场对电子的抽取速度不受温度的影响,达到了减小关断损耗、改善温度特性的目的。（3）为了解决短路阳极结构（RC-IGBT）的I-V特性曲线中出现的负微分电阻效应问题,设计了一种新型阳极结构—集成NPN集电极结构npn-TIGBT。通过使用N型衬底取代部分P+集电极区,在集电极侧引入一个处于关断状态的NPN管。而无论器件处于导通还是关断状态,该NPN管的发射结—P型集电区/N型衬底结均处于反偏状态。这会在该PN结附近引入一个附加电场,将到达P型集电区的电子强制地抽取到集电极,达到了提高电子抽取速度、减小关断损耗的目的。（4）目前对于4H-SiC基功率半导体器件辐射效应的研究主要集中在MOSFETs和二极管,而对槽栅IGBT器件的射效应研究的报道还很少。为了弥补4H-SiC槽栅IGBT辐射效应研究的不足以及为其在强辐射领域的广泛应用提供理论基础,研究了 4H-SiC槽栅IGBT的单粒子烧毁效应（SEB）的触发过程。基于单粒子烧毁机理,研究了 S-TIGBT与npn-TIGBT的SEB特性,通过减小器件内部寄生PNP管的电流增益的方法,实现了抗单粒子烧毁能力的提高。
二、离子注入制备4H-SiC器件及其温度特性研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、离子注入制备4H-SiC器件及其温度特性研究（论文提纲范文）
（1）4H-SiC JBS二极管的设计与应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 4H-SiC二极管发展现状 |
| 1.2.2 4H-SiC二极管可靠性研究现状 |
| 1.2.3 4H-SiC二极管应用现状 |
| 1.3 论文的主要内容与组织架构 |
| 第二章 4H-SiC JBS二极管结构设计与仿真研究 |
| 2.1 外延层参数设计 |
| 2.2 仿真平台介绍 |
| 2.2.1 Silvaco仿真软件 |
| 2.2.2 物理模型 |
| 2.3 有源区结构仿真 |
| 2.4 终端结构仿真 |
| 2.4.1 结终端扩展结构 |
| 2.4.2 场限环结构 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 4H-SiC JBS二极管的制备与电学输运机制研究 |
| 3.1 器件制备与基本电学特性表征 |
| 3.1.1 器件制备流程及关键工艺 |
| 3.1.2 基本电学特性测试 |
| 3.2 金属-半导体接触研究 |
| 3.2.1 肖特基接触机理及测试研究 |
| 3.2.2 欧姆接触机理及测试研究 |
| 3.3 4H-SiC JBS二极管电学特性研究 |
| 3.3.1 正向变温I-V特性 |
| 3.3.2 反向变温I-V特性 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 4H-SiC JBS二极管的可靠性研究 |
| 4.1 正向浪涌实验 |
| 4.1.1 正向浪涌测试方法 |
| 4.1.2 测试结果及分析 |
| 4.2 高温高湿反偏实验 |
| 4.2.1 H_3TRB实验方法 |
| 4.2.2 测试结果与分析 |
| 4.3 间歇寿命老化实验 |
| 4.3.1 IOL实验方法 |
| 4.3.2 实验结果与分析 |
| 4.4 温度循环老化实验 |
| 4.4.1 TC实验方法 |
| 4.4.2 实验结果与分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于4H-SiC JBS二极管的Boost PFC电路应用分析 |
| 5.1 PFC电路简介 |
| 5.1.1 PFC电路原理 |
| 5.1.2 输出二极管损耗分析方法 |
| 5.2 电学参数测试与分析 |
| 5.2.1 直流参数测试 |
| 5.2.2 反向恢复特性对比 |
| 5.3 PFC电路性能测试 |
| 5.3.1 PFC电路实验方法 |
| 5.3.2 PFC实验结果对比 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录:作者在攻读硕士学位期间取得的成果 |
（2）飞秒激光直写铌酸锂、三硼酸锂和碳化硅晶体光波导及其应用（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 本文的主要研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 基本理论和实验方法 |
| 2.1 光波导基本理论 |
| 2.2 飞秒激光直写晶体光波导 |
| 2.3 光波导技术 |
| 2.4 共聚焦微拉曼光谱测试技术 |
| 2.5 光波导中的二次谐波产生与自发参量下转换 |
| 2.6 波导阵列基本理论 |
| 参考文献 |
| 第三章 飞秒激光直写LiNbO_3晶体多线波导及模式调控 |
| 3.1 实验过程 |
| 3.2 结果与讨论 |
| 3.3 小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 飞秒激光直写LiNbO_3晶体多线、垂直双线和包层波导中的二次谐波产生 |
| 4.1 实验过程 |
| 4.2 结果与讨论 |
| 4.3 小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 飞秒激光直写PPLN晶体包层波导及二次谐波产生 |
| 5.1 实验过程 |
| 5.2 结果与讨论 |
| 5.3 小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 飞秒激光直写LiNbO_3晶体包层波导阵列及其特性研究 |
| 6.1 一维包层波导阵列及其特性研究 |
| 6.2 二维包层波导阵列及其特性研究 |
| 参考文献 |
| 第七章 基于飞秒激光直写LiNbO_3晶体波导的偏振光分束器及其特性研究 |
| 7.1 实验过程 |
| 7.2 结果与讨论 |
| 7.3 小结 |
| 参考文献 |
| 第八章 飞秒激光直写LBO晶体双线和包层波导中的二次谐波产生和自发参量下转换 |
| 8.1 实验过程 |
| 8.2 结果与讨论 |
| 8.3 小结 |
| 参考文献 |
| 第九章 飞秒激光直写6H-SiC晶体双线和包层波导及模式调控 |
| 9.1 实验过程 |
| 9.2 结果与讨论 |
| 9.3 小结 |
| 参考文献 |
| 第十章 总结与展望 |
| 10.1 总结 |
| 10.2 主要创新点 |
| 10.3 展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的学术成果及获得的奖励 |
| 学术论文 |
| 发明专利 |
| 参加的国内及国际会议 |
| 获得的荣誉、奖励 |
| 附三篇已发表论文 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（3）6英寸N型4H-SiC单晶衬底材料研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 研究方案 |
| 第二章 大尺寸单晶生长设备研制和单晶生长 |
| 2.1 6英寸SiC单晶生长设备的设计与制造 |
| 2.1.1 设计流程与目标 |
| 2.1.2 热场模拟 |
| 2.1.3 设备系统建立 |
| 2.1.4 设备制造 |
| 2.2 6英寸N型4H-SiC单晶生长 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 衬底的缺陷控制和加工 |
| 3.1 缺陷控制 |
| 3.1.1 降低微管密度 |
| 3.1.2 降低位错密度 |
| 3.2 6英寸碳化硅单晶衬底加工 |
| 3.2.1 6英寸SiC单晶衬底加工流程 |
| 3.2.2 6英寸SiC单晶切割研究 |
| 3.2.3 6英寸SiC单晶衬底抛光研究 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 SiC SBD器件验证 |
| 4.1 工艺技术基础 |
| 4.2 器件设计基础 |
| 4.3 工艺技术方案 |
| 4.3.1 SiC外延快速生长 |
| 4.3.2 介质淀积与表面钝化 |
| 4.3.3 高温注入及退火 |
| 4.4 SiC SBD性能检测 |
| 4.4.1 1200V/12A二极管静态特性测试 |
| 4.4.2 1200V/12A二极管动态特性测试 |
| 4.4.3 1200V/35A二极管静态特性测试 |
| 4.4.4 1200V/35A二极管动态参数测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 本文工作总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（4）ArF准分子激光诱导4H-SiC表面缺陷态调控电接触性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 SiC基器件发展现状及关键问题 |
| 1.2 激光辐照改性SiC研究现状 |
| 1.2.1 激光与宽禁带半导体材料的相互作用机理 |
| 1.2.2 激光辐照SiC光电改性研究现状 |
| 1.3 SiC表面缺陷态研究现状 |
| 1.3.1 SiC表面缺陷态对光电性能的影响 |
| 1.3.2 SiC表面缺陷态引入及其表征 |
| 1.4 课题的研究目的及主要研究内容 |
| 1.5 本文结构 |
| 第2章 激光调控SiC表面态的理论及实验基础 |
| 2.1 金属/SiC表面电接触理论基础 |
| 2.2 激光辐照SiC改性实验基础 |
| 2.2.1 实验材料 |
| 2.2.2 准分子激光器及辐照系统 |
| 2.3 材料的表征与分析方法 |
| 2.3.1 激光辐照改性层性能及微观结构的分析 |
| 2.3.2 基于第一性原理的计算模拟方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 空气中激光辐照4H-SiC电接触改性及其表面缺陷态调控研究 |
| 3.1 空气中激光辐照4H-SiC表面电接触改性研究 |
| 3.2 空气中4H-SiC表面激光改性层微纳形貌分析 |
| 3.3 激光辐照4H-SiC表面缺陷态变化及电接触改性机理分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 真空中激光辐照4H-SiC电接触改性及其表面缺陷态调控研究 |
| 4.1 真空中激光辐照4H-SiC表面电接触改性研究 |
| 4.2 4H-SiC表面激光改性层微纳形貌及元素变化分析 |
| 4.3 4H-SiC表面改性层缺陷态表征及电接触改性机理分析 |
| 4.4 本章小节 |
| 第5章 基于激光辐照后的4H-SiC表面电子态分布的理论计算分析研究 |
| 5.1 激光诱导的4H-SiC表面缺陷结构构建 |
| 5.2 空气中4H-SiC激光辐照改性层缺陷引起的表面电子态分布 |
| 5.3 真空中4H-SiC激光辐照改性层缺陷的引起表面电子态分布 |
| 5.4 本章小节 |
| 结论 |
| 创新点及研究意义 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间所发表的学术论文 |
| 致谢 |
（5）基于4H-SiC单晶的肖特基结型器件研制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 X射线辐射探测器的发展与应用 |
| 1.2.1 X射线的性质 |
| 1.2.2 X射线与物质的相互作用 |
| 1.2.3 辐射探测器的种类及应用 |
| 1.3 宽禁带半导体碳化硅的发展现状 |
| 1.3.1 碳化硅的种类 |
| 1.3.2 碳化硅材料的性质 |
| 1.3.3 碳化硅X射线探测器的国内外研究现状 |
| 1.4 本论文的主要内容 |
| 2 SiC离子注入的模拟仿真 |
| 2.1 SiC常用的三种器件结构 |
| 2.2 利用SRIM仿真N离子注入 |
| 2.2.1 仿真软件SRIM简介 |
| 2.2.2 N离子注入的模拟仿真 |
| 2.2.3 入射角度的模拟仿真 |
| 2.2.4 注入能量和注入剂量的模拟仿真 |
| 2.2.5 多次注入的模拟仿真 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 单晶SiC高温退火及表征 |
| 3.1 SiC高温退火的实验步骤 |
| 3.2 高温退火后4H-SiC离子注入面的表征分析 |
| 3.2.1 拉曼光谱表征 |
| 3.2.2 紫外吸收光谱表征 |
| 3.2.3 XRD表征分析 |
| 3.3 高温退火后4H-SiC非离子注入面的表征分析 |
| 3.3.1 SEM表征分析 |
| 3.3.2 EDS表征分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于单晶4H-SiC肖特基器件的研制 |
| 4.1 金属-半导体接触理论 |
| 4.1.1 肖特基接触 |
| 4.1.2 欧姆接触 |
| 4.2 单晶4H-SiC肖特基器件的制备 |
| 4.3 电学特性的分析 |
| 4.3.1 4 H-SiC电阻率的测试 |
| 4.3.2 I-V测试分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 本论文研究工作总结 |
| 5.2 进一步研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（6）高压SiC PiN功率二极管新结构设计与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 碳化硅材料特性及优势 |
| 1.2 SiC PiN功率二极管的研究意义 |
| 1.3 SiC PiN功率二极管的发展现状 |
| 1.4 本论文的主要工作安排 |
| 第二章 4H-SiC PiN二极管理论基础和基本特性仿真研究 |
| 2.1 4 H-SiC PiN二极管的理论基础 |
| 2.1.1 PiN二极管的正向导通特性 |
| 2.1.2 PiN二极管的反向阻断特性 |
| 2.1.3 PiN二极管的开关特性 |
| 2.2 4 H-SiC PiN二极管仿真物理模型 |
| 2.2.1 不完全离化模型 |
| 2.2.2 迁移率模型 |
| 2.2.3 载流子复合模型 |
| 2.2.4 碰撞电离模型 |
| 2.3 4 H-SiC PiN二极管基本特性仿真研究 |
| 2.3.1 元胞基本结构设计 |
| 2.3.2 温度对4H-SiC PiN二极管正向导通特性的影响 |
| 2.3.3 深能级缺陷对4H-SiC PiN二极管正向导通特性的影响 |
| 2.3.4 4 H-SiC PiN二极管的反向恢复特性仿真 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 4H-SiC PiN二极管新结构设计与终端技术研究 |
| 3.1 电流增强型4H-SiC PiN二极管元胞设计与仿真 |
| 3.1.1 带P埋层的二极管元胞设计 |
| 3.1.2 离子注入型Trench阳极区二极管元胞设计 |
| 3.2 终端结构设计 |
| 3.2.1 场限环终端技术 |
| 3.2.2 结终端扩展技术 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 4H-SiC PiN二极管版图设计和实验研究 |
| 4.1 4 H-SiC PiN二极管版图设计 |
| 4.1.1 工艺流程 |
| 4.1.2 版图设计 |
| 4.2 实验关键工艺研究 |
| 4.2.1 离子注入工艺 |
| 4.2.2 欧姆接触工艺 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（7）4H-SiC p-i-n紫外光电探测器的制备及其光谱响应特性的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 紫外光电探测器的概述 |
| 1.2 4H-SiC紫外光电探测器研究现状及存在的问题 |
| 1.3 本文的主要工作 |
| 第二章 4H-SiC材料的性质 |
| 2.1 SiC材料的基本性质 |
| 2.1.1 SiC材料的晶体结构 |
| 2.1.2 SiC材料生长与掺杂 |
| 2.2 4H-SiC材料的电学特性 |
| 2.2.1 能带结构及截止波长 |
| 2.2.2 本征载流子浓度 |
| 2.2.3 其他重要的电学参数 |
| 2.3 4H-SiC材料的光学特性 |
| 第三章 4H-SiC p-i-n紫外光电探测器的工作原理 |
| 3.1 4H-SiC p-i-n紫外光电探测器简介 |
| 3.1.1 pn结光电探测器 |
| 3.1.2 p-i-n结构光电探测器 |
| 3.2 4H-SiC p-i-n紫外光电探测器的特性参数 |
| 3.2.1 光谱响应概述 |
| 3.2.2 响应度和量子效率 |
| 3.2.3 噪声等效功率和暗电流 |
| 3.3 4H-SiC p-i-n紫外光电探测器光谱响应特性的理论分析 |
| 3.3.1 外延层厚度对响应度的影响 |
| 3.3.2 外延层厚度对峰值响应波长的影响 |
| 第四章 4H-SiC p-i-n紫外光电探测器的制备及工艺的优化 |
| 4.1 实验所用4H-SiC外延片参数 |
| 4.2 光刻版图设计 |
| 4.3 4H-SiC p-i-n紫外光电探测器的制备工艺 |
| 4.3.1 RCA标准清洗 |
| 4.3.2 图形光刻 |
| 4.3.3 ICP刻蚀 |
| 4.3.4 热氧化及PECVD |
| 4.3.5 电极的制备 |
| 4.3.6 切片及封装 |
| 第五章 4H-SiC p-i-n紫外光电探测光电特性的测试与分析 |
| 5.1 测试仪器与系统简介 |
| 5.2 4H-SiC p-i-n紫外光电探测器的电流-电压特性 |
| 5.2.1 反向电流-电压特性 |
| 5.2.2 正向电流-电压特性 |
| 5.3 4H-SiC p-i-n紫外光电探测器光谱响应特性的测试 |
| 第六章 工作总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 硕士期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（8）基于6H-SiC单晶的PiN器件研制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 碳化硅PiN器件的应用 |
| 1.2.1 功率器件领域应用 |
| 1.2.2 X射线探测器领域应用 |
| 1.3 碳化硅X射线探测器研究现状 |
| 1.3.1 碳化硅材料基本性质与优势 |
| 1.3.2 碳化硅X射线探测器研究现状 |
| 1.4 本论文的主要内容 |
| 2 SiC离子注入模拟 |
| 2.1 N离子注入模拟 |
| 2.1.1 离子注入角度模拟 |
| 2.1.2 离子注入能量以及注入剂量模拟 |
| 2.1.3 多次注入模拟 |
| 2.2 Al离子注入模拟 |
| 2.2.1 离子注入角度模拟 |
| 2.2.2 离子注入能量以及注入剂量模拟 |
| 2.2.3 多次注入模拟 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 SiC单晶N离子注入与表征分析 |
| 3.1 N离子注入及高温退火实验步骤 |
| 3.2 N离子注入及高温退火结果研究 |
| 3.2.1 二次离子质谱表征及结果分析 |
| 3.2.2 X射线衍射表征及结果分析 |
| 3.2.3 拉曼图谱表征及结果分析 |
| 3.2.4 电学特性表征及结果分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 SiC单晶Al离子注入与表征分析 |
| 4.1 Al离子注入及高温退火实验步骤 |
| 4.2 Al离子注入及高温退火结果研究 |
| 4.2.1 二次离子质谱表征及结果分析 |
| 4.2.2 X射线衍射表征及结果分析 |
| 4.2.3 拉曼图谱表征及结果分析 |
| 4.2.4 电学特性表征及结果分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 基于SiC单晶PiN器件的研制 |
| 5.1 PiN器件工作原理 |
| 5.2 金属-半导体接触理论 |
| 5.2.1 肖特基接触 |
| 5.2.2 欧姆接触 |
| 5.3 SiC PiN器件的制备 |
| 5.3.1 SiC PiN器件结构 |
| 5.3.2 SiC PiN器件制备的工艺流程 |
| 5.4 SiC PiN器件性能研究 |
| 5.4.1 双面离子注入6H-SiC单晶退火前后的光学特性研究 |
| 5.4.2 I-V特性研究 |
| 5.4.3 C-V特性研究 |
| 5.4.4 紫外光响应特性研究 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 本论文研究工作总结 |
| 6.2 进一步研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（9）4H-SiC结型势垒肖特基（JBS）二极管的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 半导体功率器件的发展进程 |
| 1.2 碳化硅材料的发展 |
| 1.3 碳化硅功率二极管现状 |
| 1.4 本文主要工作 |
| 第二章 SiC JBS二极管理论基础 |
| 2.1 金属半导体接触理论 |
| 2.1.1 肖特基接触 |
| 2.1.2 欧姆接触 |
| 2.1.3 接触界面电流输运机制 |
| 2.2 P-i-N结构理论 |
| 2.2.1 电导调制效应 |
| 2.2.2 P-i-N结构电场分布 |
| 2.2.3 PiN二极管 |
| 2.3 SiC JBS二极管的结构及工作特性 |
| 2.3.1 正向导通特性 |
| 2.3.2 反向阻断特性 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 新型4H-SiC JBS二极管结构研究 |
| 3.1 4H-SiC S-FT SJ JBS二极管结构特征 |
| 3.1.1 SJ技术 |
| 3.1.2 槽型技术 |
| 3.1.3 4H-SiC S-FT SJ JBS二极管结构参数 |
| 3.2 4H-SiC S-FT SJ JBS二极管工作机理 |
| 3.2.1 单双极工作模式 |
| 3.2.2 正向导通等效电路模型 |
| 3.2.3 反向阻断等效电路模型 |
| 3.3 4H-SiC S-FT SJ JBS二极管仿真结果分析 |
| 3.4 4H-SiC S-FT SJ JBS二极管仿真优化情况 |
| 3.4.1 N-层的优化 |
| 3.4.2 P+条的优化 |
| 3.4.3 浮空SiO_2槽的优化 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 新型4H-SiC JBS二极管工艺流程与版图设计 |
| 4.1 4H-SiC S-FT SJ JBS二极管工艺制备流程 |
| 4.1.1 外延工艺 |
| 4.1.2 光刻、刻蚀工艺 |
| 4.1.3 离子注入工艺 |
| 4.1.4 接触工艺 |
| 4.1.5 4H-SiC S-FT SJ JBS二极管工艺制备流程图 |
| 4.2 4H-SiC S-FT SJ JBS二极管版图设计 |
| 4.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录A (攻读学位期间发表的论文) |
| 附录B (攻读学位期间申请的专利) |
（10）碳化硅槽栅IGBT的功耗与辐射效应研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 中英文对照表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 碳化硅材料优势 |
| 1.1.2 碳化硅器件的应用 |
| 1.1.3 SiC_n沟道IGBT器件的优势 |
| 1.2 SiC MOSFET的发展概述 |
| 1.3 SiC IGBT的发展和研究现状 |
| 1.4 本文的主要研究内容及章节安排 |
| 第2章 4H-SiC槽栅IGBT的功耗机理分析 |
| 2.1 IGBT的功耗机理分析 |
| 2.1.1 导通功耗 |
| 2.1.2 关断功耗 |
| 2.1.3 开启功耗 |
| 2.2 IGBT器件结构参数选取 |
| 2.3 理论模型验证 |
| 2.3.1 导通功耗对比 |
| 2.3.2 关断功耗对比 |
| 2.3.3 开启功耗对比 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 具有低通态压降的4H-SiC槽栅IGBT |
| 3.1 E-P+-TIGBT工作原理 |
| 3.1.1 器件以及材料参数设置 |
| 3.1.2 工艺流程 |
| 3.2 静态特性 |
| 3.2.1 阻断特性 |
| 3.2.2 Ⅰ-Ⅴ特性 |
| 3.2.3 温度的影响 |
| 3.3 动态特性 |
| 3.3.1 关断特性 |
| 3.3.2 频率特性 |
| 3.3.3 电容特性 |
| 3.4 P+屏蔽区参数对器件性能的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 具有低关断损耗的4H-SiC槽栅IGBT |
| 4.1 集电极部分肖特基接触的S-TIGBT |
| 4.1.1 工作原理 |
| 4.1.2 静态特性 |
| 4.1.3 动态特性 |
| 4.1.4 器件结构参数的影响 |
| 4.1.5 温度的影响 |
| 4.2 集成NPN集电极的npn-TIGBT |
| 4.2.1 工作原理 |
| 4.2.2 DC特性 |
| 4.2.3 关断特性 |
| 4.2.4 器件参数变化的影响 |
| 4.2.5 温度的影响 |
| 4.2.6 电路参数变化的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 4H-SiC槽栅IGBT的单粒子烧毁效应研究 |
| 5.1 单粒子烧毁效应机理 |
| 5.2 SEB仿真条件设置 |
| 5.3 单粒子烧毁特性研究 |
| 5.3.1 O-TIGBT器件的SEB特性研究 |
| 5.3.2 S-TIGBT器件的SEB特性研究 |
| 5.3.3 npn-TIGBT器件的SEB特性研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
四、离子注入制备4H-SiC器件及其温度特性研究（论文参考文献）
- [1]4H-SiC JBS二极管的设计与应用研究[D]. 姜玉德. 江南大学, 2021(01)
- [2]飞秒激光直写铌酸锂、三硼酸锂和碳化硅晶体光波导及其应用[D]. 张彬. 山东大学, 2021
- [3]6英寸N型4H-SiC单晶衬底材料研究[D]. 窦文涛. 西安电子科技大学, 2020(05)
- [4]ArF准分子激光诱导4H-SiC表面缺陷态调控电接触性能研究[D]. 林真源. 北京工业大学, 2020(06)
- [5]基于4H-SiC单晶的肖特基结型器件研制[D]. 徐博. 大连理工大学, 2020(02)
- [6]高压SiC PiN功率二极管新结构设计与实验研究[D]. 王帅. 电子科技大学, 2020(07)
- [7]4H-SiC p-i-n紫外光电探测器的制备及其光谱响应特性的研究[D]. 侯岩松. 厦门大学, 2019(07)
- [8]基于6H-SiC单晶的PiN器件研制[D]. 李卓. 大连理工大学, 2019(02)
- [9]4H-SiC结型势垒肖特基（JBS）二极管的研究[D]. 雷冰. 长沙理工大学, 2019(07)
- [10]碳化硅槽栅IGBT的功耗与辐射效应研究[D]. 刘彦娟. 哈尔滨工程大学, 2019