No.5:【一种带有分离栅极和集成 JBS 二极管的新型 SiC 非对称单元沟槽 MOSFET】论文学习

标题

A Novel SiC Asymmetric Cell Trench MOSFET With Split Gate and Integrated JBS Diode（一种带有分离栅极和集成 JBS 二极管的新型 SiC 非对称单元沟槽 MOSFET）

作者

JINPING ZHANG (Member, IEEE) , ZIXUN CHEN, YUANYUAN TU, XIAOCHUAN DENG (Member, IEEE) , AND BO ZHANG (Senior Member, IEEE)

期刊

IEEE Journal of the Electron Devices Society(3区)

阅读日期

2023.3.12

知识积累

1、alleviates v.减轻;缓和;缓解
在研究论文的背景下，拟议的带有分离栅极和集成结势垒肖特基二极管的碳化硅非对称单元沟槽MOSFET旨在缓解沟角处介电层的电场拥挤，从而提高器件性能和栅极氧化物的可靠性。
2、diode performance：术语 “二极管性能” 是指二极管在正向方向传导电流和阻断反向电流的能力。
3、目前商用的离散SiC MOSFETs制备有两种不同的方法，一种是平面栅型，另一种是沟槽栅型。与平面栅型相比，沟槽栅型的SiC MOSFET具有更低的比导通电阻和更大的单元密度。
具体来说，平面栅型的SiC MOSFET是采用沉积氧化物（SiO2）来制作栅氧化层，栅电极则是在氧化层上方形成的金属层，其制备方法类似于传统的Si MOSFET。而沟槽栅型的SiC MOSFET则采用沟槽结构制备栅极，栅氧化层通常是通过化学气相沉积（CVD）在沟槽中生长得到的。
在这两种方法中，沟槽栅型的SiC MOSFET因具有更高的细节结构和更高的制造难度，从而表现出更低的比导通电阻和更大的单元密度。
4、p-type shielding：术语 “p 型屏蔽” 是指位于沟槽底部下方的碳化硅沟槽 MOSFET 结构中的高掺杂区域。其目的是减少栅极氧化层中的电场并提高长期可靠性。但是，它还引入了一个额外的 JFET 区域，该区域增加了器件的特定导通电阻（R on，sp）。
5、junction field effect transistor (JFET) effect：结场效应晶体管（JFET）效应，在某些类型的晶体管（包括MOSFET）中发生的一种现象，其中源极和漏极区域交界处周围的耗尽区域延伸到通道区域，从而形成载流子浓度较低的通道。这可能导致有效通道宽度减小和设备电阻增加，从而导致性能降低。

研究内容

该研究论文提出了一种新的高性能碳化硅非对称单元沟槽MOSFET，具有分离栅极和集成结势垒肖特基二极管 (SGS-ATMOS)。本发明的结构提供了屏蔽效果，可降低栅极-漏极电容，缓解了沟槽角处介电层中的电场拥挤，绕过了pin体二极管，同时获得了良好的SG和p型屏蔽区域的双重保护。数值分析结果表明，与传统结构相比，MOSFET 和二极管的性能都有显著改善。此外，还讨论了 SGS-ATMOS 的温度特性，即使在高温下也表现出良好的性能。

文章创新点

该研究论文提出了一种新的高性能碳化硅非对称单元沟槽MOSFET，具有分离栅极和集成结势垒肖特基二极管 (SGS-ATMOS)。本发明的结构提供了屏蔽效果，可降低栅极-漏极电容，缓解了沟槽角处介电层中的电场拥挤，绕过了pin体二极管，同时获得了良好的SG和p型屏蔽区域的双重保护。数值分析结果表明，与传统结构相比，MOSFET 和二极管的性能都有显著改善。此外，还讨论了 SGS-ATMOS 的温度特性，即使在高温下也表现出良好的性能。

研究方法

进行了数值分析，以比较拟议的SGS-ATMOS结构与传统结构（例如Con-Atmos（传统的非对称单元沟槽MOSFET）或带有外部JBS二极管的Con-Atmos之间的性能指标。

得出结论

与带有外部JBS二极管的Con-Atmos或Con-Atmos等传统结构相比，拟议的SGS-ATMOS结构在MOSFET和二极管的性能方面都得到了显著改善。数值分析结果显示，与Con-AMTOS相比，SGS-ATMOS的高频绩效系数（HFFOM1，R on ·C gd）降低了92.5％，Baliga绩效系数（BFOM、bv²/ron、sp）增加了57.2％。此外，与上述其他传统设备相比，SGS ATMOST的开启损耗（Eon）和关断损耗（Eoff）分别降低了33.3％和33％，而SGS ATMOST的正向传导电压降（Vf）、反向恢复电荷（Qrr）、峰值反向恢复电流（Irrm）也得到了显著改善。