电子学报 ›› 2020, Vol. 48 ›› Issue (12): 2313-2318.DOI: 10.3969/j.issn.0372-2112.2020.12.004

所属专题: 硅基半导体器件新进展

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1200V大容量SiC MOSFET器件研制

刘新宇1, 李诚瞻2,3, 罗烨辉2,3, 陈宏1, 高秀秀2,3, 白云1   

  1. 1. 中国科学院微电子研究所, 北京 100029;
    2. 新型功率半导体器件国家重点实验室, 湖南株洲 412001;
    3. 株洲中车时代半导体有限公司, 湖南株洲 412001
  • 收稿日期:2019-12-13 修回日期:2020-05-01 出版日期:2020-12-25 发布日期:2020-12-25
  • 通讯作者: 白云, 刘新宇
  • 作者简介:罗烨辉 男,1992年9月出生于湖南省衡阳市.硕士.2017年毕业于西安电子科技大学.现为中国中车株洲中车时代半导体有限公司工程师,从事SiC功率器件研究工作.E-mail:luoyh5@csrzic.com;李诚瞻 男,1978年8月出生于湖南省株洲市.博士.2008年毕业于中国科学院微电子研究所.先为中国中车株洲中车时代半导体有限公司教授级高级工程师,从事SiC功率器件研究工作.E-mail:licz@csrzic.com;陈宏 男,1987年2月出生于山东省日照市.博士.2019年毕业于中国科学院微电子研究所.现为中国科学院微电子研究所助理研究员,致力于Si IGBT及SiC MOSFET等功率器件研究.E-mail:chenhong@ime.ac.cn;高秀秀 女,1990年2月出生于陕西省延安市.硕士.2014年毕业于西安理工大学.现为中国中车株洲中车时代半导体有限公司工程师,从事SiC功率器件研究工作.E-mail:gaoxx10@caszic.com
  • 基金资助:
    国家重点基础研究发展规划(973计划)项目(No.2017YFB0102302)

Development of 1200V High Capacity SiC MOSFET Devices

LIU Xin-yu1, LI Cheng-zhan2,3, LUO Ye-hui2,3, CHEN Hong1, GAO Xiu-xiu2,3, BAI Yun1   

  1. 1. Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;
    2. State Key Laboratory of Advanced Power Semiconductor Devices, Zhuzhou, Hunan 412001, China;
    3. Zhuzhou CRRC Times Semiconductor Co., LTD, Zhuzhou, Hunan 412001, China
  • Received:2019-12-13 Revised:2020-05-01 Online:2020-12-25 Published:2020-12-25

摘要: 采用平面栅MOSFET器件结构,结合优化终端场限环设计、栅极bus-bar设计、JFET注入设计以及栅氧工艺技术,基于自主碳化硅工艺加工平台,研制了1200V大容量SiC MOSFET器件.测试结果表明,器件栅极击穿电压大于55V,并且实现了较低的栅氧界面态密度.室温下,器件阈值电压为2.7V,单芯片电流输出能力达到50A,器件最大击穿电压达到1600V.在175℃下,器件阈值电压漂移量小于0.8V;栅极偏置20V下,泄漏电流小于45nA.研制器件显示出优良的电学特性,具备高温大电流SiC芯片领域的应用潜力.

关键词: 碳化硅, MOSFET, 栅极bus-bar, JFET注入, 大容量器件, 低漏电, 高温半导体

Abstract: Based on CRRC silicon carbide (SiC) process technology platform,1200V high capacity SiC metal-oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) device has been fabricated by adopting ion-implanted JFET region,the optimal termination design,gate bus-bar design and gate oxidation process.The fabricated SiC MOSFET is based on a planar gate structure.The test results show that the gate breakdown voltage of the device is above 55V and it achieves a relatively lower interface state density.At room temperature,the threshold voltage of the device is 2.7V.The maximum blocking voltage and the output current capability of fabricated SiC MOSFET is up to 1600V and 50A,respectively.At 175℃,the threshold voltage shift is less than 0.8V,and the gate leakage current of the device is less than 45nA when the gate voltage is 20V.All of the results show that the fabricated SiC MOSFET has superior electrical characteristics.It occupies a potential in high temperature and high power applications.

Key words: SiC, MOSFET, gate bus-bar, JFET implantation, high capacity device, low leakage current, high temperature semiconductor

中图分类号: