Optymalizacja konstrukcji i modelowanie tranzystora RESURF LJFET w 4H-SiC

• Autorzy: Taube A. , Sochacki M. , Szmidt J.

Warianty tytułu

EN

Electrical simulation of 4H-SiC RESURF LJFET and design optimalization

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki symulacji tranzystora LJFET wykonanego na podłożu 4H-SiC. Wbudowane w symulator ATLAS parametry materiałowe i modele przerwy energii zabronionych, ruchliwości i jonizacji zderzeniowej rozszerzono i uzupełniono o dane zaczerpnięte z literatury. Parametry struktury tranzystora LJFET optymalizowano pod kątem uzyskania maksymalnej wartości napięcia przebicia (Vbr) i minimalnej rezystancji charakterystycznej w stanie włączenia (Ron). Po zmodyfikowaniu zaproponowanej struktury otrzymano wartość Vbr = 1020 V i Ron = 15,7 mWcm ².

EN

4H-SiC lateral junction field-effect transistor structure (LJFET) was simulated in ATLAS software. Implemented material parameters and physical models of temperature dependence of energy bandgap, electric field dependence of carrier mobility and impact ionization were extended by latest literature data. LJFET breakdown voltage (Vbr) and on-state specific resistance (Ron) were investigated to maximize Figure of Merit (FOM). Breakdown voltage of 1020 V and on-state specific resistance of 15.7 mWcm ² were achieved finally.

Słowa kluczowe

PL

węglik krzemu; SiC; JFET; LJFET; symulacje numeryczne

EN

silicon carbide; SiC; JFET; LJFET; simulations

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 50, nr 6
• Strony: 20--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., tab., wykr., il.

Twórcy

autor

Taube A.

autor

Sochacki M.

autor

Szmidt J.

• Politechnika Warszawska, Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

Bibliografia

• [1] Crees first SiC Schottky diodes. Compound Semiconductor, September 2001.
• [2] Infineon Technologies Produces Worlds first Power Semiconductors in Silicon Carbide, Compound Semiconductor, February 2001.
• [3] Spiazzi G., Buso S., Citron M., Corradin M., Pierobon R.: Performance Evaluation of a Schottky SiC Power Diode in a Boost PFC Application. IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 18, no 6, 2003, pp. 1249-1253.
• [4] Frank W.: Power electronics for solar power inverter systems. Hearst Electronic Products, March 2008.
• [5] Harada S., Hayashi Y., Takao K., Kinoshita A., Kato M., Okamoto M., Kato T., Nishizawa S., Yatsuo T., Fukusa K., Ohashi H., Arai K.: Demonstration of motor drive with SiC normally-off IEMOS-FET/SBD power converter. 19th International Symposium on Power Semiconductor Devices & ICs, 27-30 May 2007, Jeju, Korea, 289-292.
• [6] Johnson C. M., Rahimo M., Wright N. G., Hinchley D. A., Horsfall A. B., Morrison D. J., Knights A.: Characterisation of 4H-SiC Schottky diodes for IGBT applications. Industry Applications Conference, 8-12 października 2000, Rzym, Włochy, 2941-2947.
• [7] Suzuki T., Senzaki J., Hatakeyama T., Fukuda K., Shinohe T., Arai K.: Reliability of 4H-SiC (000-1) MOS gate oxide using N2O nitridation. Materials Science Forum, vol. 615-617, 2009, 557-560.
• [8] Watanabe H., Watanabe Y., Harada M., Kagei Y., Kirino T., Hosoi T., Shimura T., Mitani S., Nakano Y., Nakamura T.: Impact of a treatment combination nitrogen plasma exposure and forming gas annealing on defects passivation of SiO2/SiC interface. Materials Science Forum, vol. 615-617, 2009, 525-528.
• [9] Hosoi T., Harada M., Kagei Y., Watanabe Y., Shimura T., Mitani S., Nakano Y., Nakamura T., Watanabe H.: AION/SiO2 stacked gate dielectrics for 4H-SiC MIS devices. Materiale Science Forum, vol. 615-617, 2009, 541-544.
• [10] VanMil B. L., Stahlbush R. E., Myers-Ward R. L., Picard Y. N., Kilt S. A., McCrate J. M., Katz S. L., Gaskill D. K., Eddy C. R. Jr.: Basal plane dislocation mitigation in 8° oft-cut 4H-SiC through in situ growth interrupts during chemical vapor deposition. Materials Science Forum, vol. 615-617, 2009, 61-66.
• [11] Spry D. J., Neudeck P. G., Chen L-Y., Beheim G. M., Okojie R. S., Chang C. W., Meredith R. D., Ferrier T. L., Evans L. J.: Fabrication and Testing of 6H-SiC JFETs for prolonged 500°C operation in air ambient. Materials Science Forum, vol. 600-603, 2009, 1079-1082.
• [12] Treu M., Rupp R., Blaschitz P., Ruschenschmidt K., Sekinger T., Friedrichs P., Elpelt R., Peters D.: Strategic considerations for unipolar SiC switch options: JFET vs. MOSFET 42th Industry Applications Conference, 23-27 września 2007, New Orleans, Stany Zjednoczone, 324-330.
• [13] Sheng K., Zhang Y., Su M., Zhao J. H., Li X., Alexandrov P., Fursin L.: Demonstration of the first SiC power integrated circuit. Solid-State Electronics, vol. 52, 2008, 1636-1646.
• [14] Biela J., Aggeler D., Bortis D., Kolar J. W.: 5 kV/200 ns pulsed power switch based on a SiC-JFET Super Cascode. 28th IEEE International Power Modulator Symposium and 2008 High Voltage Workshop, 27-31 maja 2008, Las Vegas, Stany Zjednoczone.
• [15] Bieniek T., Stęszewski J., Sochacki M., Szmidt J.: Symulacje elektryczne diod Schottky'ego oraz tranzystorów RESURF JFET i RESURF MOSFET na podłożach z węglika krzemu (SiC). Elektronika 7-8/2008, ss. 11-14.
• [16] Bakowski M., Gustafsson U., Lindefelt U.: Simulation of SiC high power devices. Phys Stat Sol (a), 1997; 162: 421-40.
• [17] Roschke M., Schwierz F.: Electron mobility models for 4H, 6H and 3C SiC. IEEE Trans Electron Dev 2001; 48(7): 1442-7.
• [18] Chynoweth AG. Ionization rates for electrons and holes in Silicon. Phys Rev 1958; 109(5): 1537-40.
• [19] Konstantinov A. O., Wahab Q., Nordell N., Lindefelt U.: Ionization rates and critical fields in 4H silicon carbide. Appl. Phys. Lett. 71 (1), 7 July 1997.
• [20] Baliga J.: Silicon Carbide Power Devices. World Scientific 2005.
• [21] Fujikawa K., Shibata K., Masuda T., Shikata S., Hayashi H.: 800 V 4H-SiC RESURF-type lateral JFETs. IEEE Electron Device Lett., vol. 25, no 12, pp. 790-791, Dec. 2004.
• [22] Sheng K., Hu S.: Design criteria of high-voltage lateral RESURF JFETs on 4H-SiC. IEEE Trans. Electron Devices, vol. 52, no 10, pp. 2300-2308, Oct. 2005.
• [23] User's Manual. Atlas, Silvaco, 2002.
• [24] Zhang Y., Sheng K., Su M., Zhao J. H., Alexandrov P., Fursin L.: 1000-V 9.1 mΩ cm2 normally oft 4H-SiC lateral RESURF JFET for power integrated circuit applications, IEEE Electron Device Lett., vol. 28, no 5, pp. 404-407, May 2007.