垂直結(jié)構(gòu)氮化稼肖特基二極管的研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-13 00:52
隨著科技的不斷發(fā)展,電源開關(guān)、智能手機(jī)、電動(dòng)汽車、再生能源發(fā)電等新型科技產(chǎn)品對(duì)功率半導(dǎo)體器件提出了新的要求,隨著全球能源問題的嚴(yán)重化,人們希望用各種方式來節(jié)約能源,這就對(duì)功率器件性能的要求越來越高,以致于傳統(tǒng)的Si基功率器件已經(jīng)無法滿足人們的需求,以高性能著稱的第三代半導(dǎo)體GaN和SiC進(jìn)入人們的視野。相比于Si和SiC,GaN具有寬禁帶（3.43 eV）、高電子遷移率（1245 cm2/V·s）、高電子飽和速率（2.5 × 107 cm/s）等特點(diǎn),理論上可以實(shí)現(xiàn)更高的擊穿電壓和更低的導(dǎo)通電阻,更適合制造功率器件。從器件結(jié)構(gòu)上看,相比于水平結(jié)構(gòu)的二極管,垂直結(jié)構(gòu)的二極管具有器件尺寸小的特點(diǎn),且能夠很大程度緩解電流阻塞效應(yīng),更利于實(shí)現(xiàn)高擊穿電壓、低導(dǎo)通電阻和高度集成化的效果。此外,相比于異質(zhì)外延,同質(zhì)外延的GaN具有更低的位錯(cuò)密度及界面應(yīng)力,從而實(shí)現(xiàn)更高的晶體質(zhì)量。近年來隨著GaN生長技術(shù)的發(fā)展,在市場上已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)位錯(cuò)密度在1 06 cm-2的高質(zhì)量GaN單晶襯底,這為發(fā)展垂直型自支撐GaN基肖特基二極管提供了結(jié)實(shí)的材料基礎(chǔ)。目前,肖特基二極管正向著高擊穿電壓、高開關(guān)比、低導(dǎo)通電阻的...
【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：59 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．１?ＧａＮ的晶體結(jié)構(gòu)：（ａ）閃鋅礦結(jié)構(gòu)，（ｂ）纖鋅礦結(jié)構(gòu)??ＧａＮ主兩晶，是結(jié)和結(jié)，１．１
?第一章緒論??????—??Ｅｖａｃ??Ｗ半導(dǎo)體??ｗ金屬?一?Ｅｃ?Ｔ＼??＿Ｅｆ?ｑ（ｐＢ?、?Ｅｃ??■??圖１．２肖特基接觸的能帶結(jié)構(gòu)??與電壓的表達(dá)式如式１．１所示??其中／〇是飽和電流，其表達(dá)式為：??／〇?＝?ＡＡ＊＊Ｔ２?ｅｘｐ?－?１＾）?（１．２）??肖特基二極管是一種重要的開關(guān)器件，與ＰＮ結(jié)二極管相比，它具有開啟電??壓低，導(dǎo)通電阻低，開關(guān)速率快等優(yōu)勢［１１］。常用的測試方法有電流－電壓－溫度??測試，電流－電壓曲線測試，電容－電壓曲線測試等。我們可以從這些曲線中獲得??肖特基勢壘（０Ｓ），反向擊穿電壓（％），理想因子ｎ，導(dǎo)通電阻（ｉＣＪ，開關(guān)比??（／＾／／。／／）等重要參數(shù)［１２］，這些參數(shù)的物理意義如下：??？肖特基勢壘也？。肖特基勢壘是衡量一個(gè)肖特基二極管整流特性的參數(shù)。一??般情況下，肖特基勢壘越高，二極管的整流效果就越好，反向偏壓下，反??向漏電流就越低。該參數(shù)主要取決于何種金屬與何種半導(dǎo)體形成接觸，當(dāng)??金屬與半導(dǎo)體材料確定后，所制備出的肖特基二極管的最大肖特基勢壘高??度就是一個(gè)定值，一般情況下，我們通過選擇不同功函數(shù)的金屬來調(diào)整金??屬－半導(dǎo)體接觸所形成的肖特基勢壘。??？反向擊穿電壓％。二極管的工作電壓的范圍直接取決于它的反向擊穿電??壓，該參數(shù)是保證二極管能正常工作的重要依據(jù)。當(dāng)工作電壓超過器件的??擊穿電壓時(shí)，器件將無法正常實(shí)現(xiàn)整流的作用。因此，想要保證器件在高??電壓條件下工作，必須提高二極管的反向擊穿電壓。??？理想因子ｎ。理想因子是衡量所制備的肖特基二極管與理想狀態(tài)下的肖特??基二極管差異程度的參數(shù)，其取值一般在１？２
?第一章緒論???ｑ（ｔ＞Ｂ??Ｅｃ???ｆ???ＥＦ路徑１：無缺陷（ｎ＝ｌ）??Ｖ?＂￣２?路徑２：大量復(fù)合中心（ｎ＝２）???Ｅｖ路徑３：部分復(fù)合中心（ｎ＞ｌ）??金屬?半導(dǎo)體??圖１．３肖特基二極管的載流子輸運(yùn)機(jī)理??Ｓｃｈｏｔｔｋｙ?ｃｏｎｔａｃｔ?〇?Ｅｌｅｃｔｒｉｃ?Ｆｉｅｌｄ??Ｄｒｉｆｔ?ｌａｙｅｒ?ｙ，’??ｆｗＤ／??Ｏｈｍｉｃ?ｃｏｎｔａｃｔ??圖１．４反向偏壓下肖特基二極管的電場分布??要來源于缺陷復(fù)合電流［１３，?１４］，如圖１．３所示。因此，我們可以通過衡量??理想因子ｎ的大小，來判斷器件勢壘區(qū)電流的主要來源。??？導(dǎo)通電阻。導(dǎo)通電阻主要表征器件在正常工作電路中產(chǎn)生的能量損耗。??當(dāng)器件處于正向?qū)顟B(tài)時(shí)，會(huì)有電流流經(jīng)器件，由于器件存在電阻，所以??會(huì)產(chǎn)生一定的熱損耗，此時(shí)二極管的導(dǎo)通電阻就決定了能量損耗大小，在??高電壓、大電流情況下，為保證器件損耗較低，需要盡可能的降低二極管??的導(dǎo)通電阻。??？開關(guān)比。開關(guān)比主要表征在導(dǎo)通狀態(tài)和阻斷狀態(tài)下流經(jīng)器件的電??流大小對(duì)比。作為一個(gè)開關(guān)器件，除了要求開關(guān)響應(yīng)速率快之外，還需要??有高的開關(guān)比，即當(dāng)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，允許任意大小的電流通過器件；??當(dāng)器件處于阻隔狀態(tài)時(shí)，要保證盡量沒有電流通過器件。??在反向偏壓下，理想的肖特基二極管的電場分布如圖１．４所示。這表明最大??電場強(qiáng)度位于陽極金屬與半導(dǎo)體的界面處。一個(gè)簡單的垂直型肖特基二極管由??陽極金屬，漂移層，襯底和陰極金屬四部分組成。當(dāng)肖特基二極管處于正向?qū)??４??
本文編號(hào)：2913575
【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：59 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．１?ＧａＮ的晶體結(jié)構(gòu)：（ａ）閃鋅礦結(jié)構(gòu)，（ｂ）纖鋅礦結(jié)構(gòu)??ＧａＮ主兩晶，是結(jié)和結(jié)，１．１
?第一章緒論??????—??Ｅｖａｃ??Ｗ半導(dǎo)體??ｗ金屬?一?Ｅｃ?Ｔ＼??＿Ｅｆ?ｑ（ｐＢ?、?Ｅｃ??■??圖１．２肖特基接觸的能帶結(jié)構(gòu)??與電壓的表達(dá)式如式１．１所示??其中／〇是飽和電流，其表達(dá)式為：??／〇?＝?ＡＡ＊＊Ｔ２?ｅｘｐ?－?１＾）?（１．２）??肖特基二極管是一種重要的開關(guān)器件，與ＰＮ結(jié)二極管相比，它具有開啟電??壓低，導(dǎo)通電阻低，開關(guān)速率快等優(yōu)勢［１１］。常用的測試方法有電流－電壓－溫度??測試，電流－電壓曲線測試，電容－電壓曲線測試等。我們可以從這些曲線中獲得??肖特基勢壘（０Ｓ），反向擊穿電壓（％），理想因子ｎ，導(dǎo)通電阻（ｉＣＪ，開關(guān)比??（／＾／／。／／）等重要參數(shù)［１２］，這些參數(shù)的物理意義如下：??？肖特基勢壘也？。肖特基勢壘是衡量一個(gè)肖特基二極管整流特性的參數(shù)。一??般情況下，肖特基勢壘越高，二極管的整流效果就越好，反向偏壓下，反??向漏電流就越低。該參數(shù)主要取決于何種金屬與何種半導(dǎo)體形成接觸，當(dāng)??金屬與半導(dǎo)體材料確定后，所制備出的肖特基二極管的最大肖特基勢壘高??度就是一個(gè)定值，一般情況下，我們通過選擇不同功函數(shù)的金屬來調(diào)整金??屬－半導(dǎo)體接觸所形成的肖特基勢壘。??？反向擊穿電壓％。二極管的工作電壓的范圍直接取決于它的反向擊穿電??壓，該參數(shù)是保證二極管能正常工作的重要依據(jù)。當(dāng)工作電壓超過器件的??擊穿電壓時(shí)，器件將無法正常實(shí)現(xiàn)整流的作用。因此，想要保證器件在高??電壓條件下工作，必須提高二極管的反向擊穿電壓。??？理想因子ｎ。理想因子是衡量所制備的肖特基二極管與理想狀態(tài)下的肖特??基二極管差異程度的參數(shù)，其取值一般在１？２
?第一章緒論???ｑ（ｔ＞Ｂ??Ｅｃ???ｆ???ＥＦ路徑１：無缺陷（ｎ＝ｌ）??Ｖ?＂￣２?路徑２：大量復(fù)合中心（ｎ＝２）???Ｅｖ路徑３：部分復(fù)合中心（ｎ＞ｌ）??金屬?半導(dǎo)體??圖１．３肖特基二極管的載流子輸運(yùn)機(jī)理??Ｓｃｈｏｔｔｋｙ?ｃｏｎｔａｃｔ?〇?Ｅｌｅｃｔｒｉｃ?Ｆｉｅｌｄ??Ｄｒｉｆｔ?ｌａｙｅｒ?ｙ，’??ｆｗＤ／??Ｏｈｍｉｃ?ｃｏｎｔａｃｔ??圖１．４反向偏壓下肖特基二極管的電場分布??要來源于缺陷復(fù)合電流［１３，?１４］，如圖１．３所示。因此，我們可以通過衡量??理想因子ｎ的大小，來判斷器件勢壘區(qū)電流的主要來源。??？導(dǎo)通電阻。導(dǎo)通電阻主要表征器件在正常工作電路中產(chǎn)生的能量損耗。??當(dāng)器件處于正向?qū)顟B(tài)時(shí)，會(huì)有電流流經(jīng)器件，由于器件存在電阻，所以??會(huì)產(chǎn)生一定的熱損耗，此時(shí)二極管的導(dǎo)通電阻就決定了能量損耗大小，在??高電壓、大電流情況下，為保證器件損耗較低，需要盡可能的降低二極管??的導(dǎo)通電阻。??？開關(guān)比。開關(guān)比主要表征在導(dǎo)通狀態(tài)和阻斷狀態(tài)下流經(jīng)器件的電??流大小對(duì)比。作為一個(gè)開關(guān)器件，除了要求開關(guān)響應(yīng)速率快之外，還需要??有高的開關(guān)比，即當(dāng)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，允許任意大小的電流通過器件；??當(dāng)器件處于阻隔狀態(tài)時(shí)，要保證盡量沒有電流通過器件。??在反向偏壓下，理想的肖特基二極管的電場分布如圖１．４所示。這表明最大??電場強(qiáng)度位于陽極金屬與半導(dǎo)體的界面處。一個(gè)簡單的垂直型肖特基二極管由??陽極金屬，漂移層，襯底和陰極金屬四部分組成。當(dāng)肖特基二極管處于正向?qū)??４??
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