在功率半導體領域，碳化硅（SiC）MOSFET因其低功耗、高臨界電場強度和優(yōu)異的熱導率，被廣泛應用于新能源汽車、智能電網(wǎng)和軌道交通等高壓高頻場景。然而，如何在確保擊穿電壓（BV）的同時優(yōu)化導通電阻（Ron），一直是行業(yè)亟待解決的難題。近日，復旦大學研究團隊在這一領域取得重要突破。
據(jù)復旦大學研究團隊透露，他們基于電荷平衡理論，通過對離子注入工藝的深度優(yōu)化，成功設計并制備出正交結(jié)構(gòu)和平行結(jié)構(gòu)兩種布局的1.7kV 4H-SiC電荷平衡輔助SiC MOSFET器件。實驗數(shù)據(jù)顯示，這兩種新型器件在維持約2.0kV擊穿電壓的情況下，Ron分別降低了19.61%和38.06%。這一成果顯著優(yōu)化了漂移區(qū)電阻，同時未對器件的轉(zhuǎn)移特性產(chǎn)生不良影響。
圖源：論文首頁截圖
電荷平衡技術是解決高壓功率器件性能優(yōu)化的有效手段，但傳統(tǒng)超結(jié)結(jié)構(gòu)在碳化硅基器件制造中面臨諸多挑戰(zhàn)。由于碳化硅材料硬度高、離子注入損傷修復困難，傳統(tǒng)工藝復雜且成本高昂，嚴重制約了高壓SiC功率器件的產(chǎn)業(yè)化進程。復旦團隊通過精確調(diào)控離子注入的能量、劑量和角度等關鍵參數(shù)，成功構(gòu)建了獨特的電荷分布，實現(xiàn)了局部電荷平衡效果。
圖源：論文截圖-圖為器件結(jié)構(gòu)示意圖及注入結(jié)果仿真
TCAD仿真分析表明，新型器件在阻斷狀態(tài)下能夠有效抑制漏致勢壘降低效應，顯著提升可靠性。此外，這些器件在高頻工作場景中展現(xiàn)出更出色的頻率響應特性，開關損耗明顯降低，開關性能全面提升。