Details

Planar Edge Terminations and Related Manufacturing Process Technology for High Power 4H-SiC Diodes

by Pérez Rodríguez, Raúl

Abstract (Summary)
Els dispositius semiconductors de potència es requereixen per transmetre o rebre gairebé qualsevol tipus de senyal elèctrica i energia electromagnètica. En temps de constant augment del consum energètic i de la sensibilitat medi-ambiental, aquests petits dispositius poden dura a terme un gran paper. Un aspecte molt important és la elecció del material semiconductor. El carbur de silici (SiC) es un semiconductor de ample banda prohibida que té algunes de les propietats desitjades per a la reducció de pèrdues energètiques. Amb aquest material es poden fer servir regions conductores més fines sense disminuir el voltatge de ruptura gràcies al seu gran valor de camp elèctric de ruptura. Això es tradueix en caigudes de tensió en directe més petites, a més de permetre també una reducció en les pèrdues de commutació gracies a la petita quantitat de portadors que s´han de buidar després del blocatge en invers. A més a més, la amplia banda prohibida i la gran conductivitat tèrmica del SiC en comparació amb el silici permet al dispositius basats en SiC treballar amb densitats de corrent més altes i a més altes temperatures. El tamany i la complexitat del sistemes de potència es redueixen significativament amb components més petits i menors requeriments de sistemes de refredament. Aquesta tesi investiga el disseny, la fabricació i la caracterització de diodes bipolars, Schottky i JBS (Junction Barrier Rectifier) en SiC. S´ha desenvolupat una seqüència de processament basada en la tecnologia de processat de silici disponible a la sala blanca del CNM. A mesura que es millora la tecnologia del material, el paper del disseny de dispositius de potència en SiC esdevé més important. Específicament, per poder extraure totes les capacitats del SiC respecte a la tensió de ruptura es requereix una terminació perifèrica adequada del dispositiu per tal de reduir el fenomen de field crowding que es produeix a la perifèria de la unió principal i que redueix significativament el voltatge de ruptura ideal del dispositiu. Així doncs, un dels objectius principals d´aquesta tesi és el disseny i desenvolupament de terminacions altament efectives per a diodes planars de SiC. Al capítol segon es presenta el disseny i optimització de diferents tècniques de terminació mitjançant l´ús de simuladors numèrics comercials calibrats específicament per al 4H-SiC. La major atenció es centra en la terminació denominada JTE (Junction Termination Extension), i en una nova terminació desenvolupada durant aquest treball de tesi denominada Floating guard rings assisted JTE, amb la qual s´ha aconseguit una gran eficàcia. La caracterització i l´anàlisi dels principals processos involucrats en la fabricació dels nostres dispositius es resumeix al capítol tercer, a on es detallen els processos de implantació iònica, recuit d´activació de les impureses i la formació dels contactes. Els resultats obtinguts es poden transferir directament a la fabricació de dispositius comercials de SiC. El capítol quart mostra la gran eficàcia que les nostres terminacions han demostrat en els diodes fabricats, especialment amb la nova estructura proposada. A més a més, també s´analitza el funcionament en invers dels diodes així com alguns aspectes tecnològics de segon ordre que habitualment no es tenen en compte però que nosaltres hem demostrat que poden ser de gran importància per al correcte funcionament dels dispositius. Finalment, el capítol cinquè dona a conèixer el funcionament en directe i a altes temperatures (fins a 300ºC) dels tres tipus de diodes fabricats: bipolars (PiN), Schottky i JBS.
This document abstract is also available in English.
Document Full Text
The full text for this document is available in English.
Bibliographical Information:

Advisor:Mestres i Andreu, Narcís; Godignon, Philippe

School:Universitat Autónoma de Barcelona

School Location:Spain

Source Type:Master's Thesis

Keywords:404 departament de fisica

ISBN:

Date of Publication:10/24/2005

© 2009 OpenThesis.org. All Rights Reserved.