一种新型的4H-SiC超结共模场效应晶体管（UMOSFET），具有异质结二极管，以提高反向恢复特性

标题：A novel 4H-SiC super junction UMOSFET with heterojunction diode for enhanced reverse recovery characteristics

摘要

摘要—本文提出并通过数值模拟研究了一种新型的碳化硅（SiC）超结共模场效应晶体管（UMOSFET），它具有异质结二极管（HJD）。该结构具有集成的HJD，大大改善了体二极管的特性，同时保证了器件静态特性不会降低。在该结构中，p+屏蔽区位于p-聚硅区和p-柱之间，不仅保护了底部栅氧化物，还保护了p-聚硅区免受大电场集中的影响。此外，与传统的超结共模场效应晶体管相比，所提出的结构将峰值反向恢复电流（IRR）和反向恢复电荷（QRR）分别降低了2.58倍和4.94倍。

关键词—4H-SiC；异质结；超结；体二极管；反向恢复

文章研究了什么

本文通过数值模拟研究了一种新型的硅碳化物（SiC）超结共模场效应晶体管（UMOSFET），它具有异质结二极管（HJD）。

所提出的结构具有集成的HJD，可以改善体二极管的特性，同时保持器件的静态特性不受影响。

该结构包括在p-聚硅区和p-柱之间的p+屏蔽区，用于保护底部栅氧化物和p-聚硅区免受大电场集中的影响。

与传统的超结共模场效应晶体管相比，所提出的结构将峰值反向恢复电流（IRR）和反向恢复电荷（QRR）分别降低了2.58倍和4.94倍。

文章的创新点

• 该论文的创新点是通过数值模拟提出和研究了一种新型的硅碳化物（SiC）超结共模场效应晶体管（UMOSFET），并具有异质结二极管（HJD）。
• 所提出的结构具有集成的HJD，大大改善了体二极管的特性，同时确保器件的静态特性不会降低。
• 该结构包括在p-聚硅区和p-柱之间的p+屏蔽区，用于保护底部栅氧化物和p-聚硅区免受大电场集中的影响。
• 与传统的超结共模场效应晶体管相比，所提出的结构将峰值反向恢复电流（I_RR）和反向恢复电荷（Q_RR）分别降低了2.58倍和4.94倍。

文章的研究方法

该论文的研究方法是数值模拟。作者使用Sentaurus TCAD二维和混合模拟工具来研究所提出的具有异质结二极管（HJD）的硅碳化物（SiC）超结共模场效应晶体管（UMOSFET）。模拟工具考虑了各种因素，如掺杂和温度依赖的Shockley-Read-Hall和Auger复合，掺杂依赖的输运，冲击电离，能带变窄，高场饱和速度和迁移率退化。通过模拟揭示了器件的电气特性，并将结果绘制在图表中，以展示所提出的结构的性能。

文章的结论

• 该论文的结论是，相较于传统的超结共模场效应晶体管（UMOSFET），所提出的新型硅碳化物（SiC）超结共模场效应晶体管结构具有改善的反向恢复特性。
• 所提出的结构中的集成异质结二极管（HJD）大大改善了体二极管的特性，同时不会降低器件的静态特性。
• 结构中的p+屏蔽区保护了底部栅氧化物和p-聚硅区免受大电场集中的影响。
• 与传统的超结共模场效应晶体管相比，所提出的结构将峰值反向恢复电流（I_RR）和反向恢复电荷（Q_RR）分别降低了2.58倍和4.94倍。
• 模拟表明，HJD-SJ UMOSFET有效地减少了n型漂移区中少数载流子的浓度，从而实现更好的反向恢复性能。