知识产权

一种基于碳基复合电极的高温SiC JFET器件
申请号
未填写
专利号
ZL201510490789.8
申请日
Wed Aug 05 00:00:00 CST 2015
公开日
20151118
专利权人
西安电子科技大学
授权公告日
Fri Apr 20 00:00:00 CST 2018
有效性
未填写
主分类号
未填写
发明人/设计人
专利权人地址
分类号
专利代理机构
专利状态
已下证
代理人
有效性
有效
分按日期
法律状态授权
所属单位
西安电子科技大学
简介
本发明公开了一种基于碳基复合电极的高温SiC JFET器件,包括N<sup>+</sup>衬底、N<sup>-</sup>漂移区、N沟道区、P<sup>+</sup>栅区、N<sup>+</sup>源区、由第一碳基材料层与第一金属层、第二金属层复合构成的源电极、由第三碳基材料层与第三金属层、第四金属层复合构成的漏电极、由第二碳基材料层与第五金属层、第六金属层复合构成的栅电极,N<sup>-</sup>漂移区的厚度为9.5μm,宽度为7μm,掺杂浓度为6.5×10<sup>15</sup>cm<sup>-3</sup>;N沟道区的深度为2.1μm,宽度为1.6μm,掺杂浓度为6.5×10<sup>15</sup>cm<sup>-3</sup>;P<sup>+</sup>栅区掺杂浓度为1×10<sup>18</sup>cm<sup>-3</sup>;N<sup>+</sup>衬底掺杂浓度为6×10<sup>18</sup>cm<sup>-3</sup>;N<sup>+</sup>源区掺杂浓度为2×10<sup>18</sup>cm<sup>-3</sup>。本发明一方面具有良好的热稳定性和导电特性,另一方面可以有效的改善散热,降低器件结温,使器件在高温下仍然可以稳定可靠的工作。
说明书
本发明涉及功率器件技术领域,尤其是涉及一种基于碳基复合电极的高温SiCJFET功率器件。 背景技术 在众多的SiC功率器件中,SiCJFET器件由pn结栅控制,沟道在体区,具有较高的沟道迁移率,并且没有栅氧化层造成的可靠性问题,因而被认为是最具有发展潜力的高温开关器件。不久的将来,混合动力汽车和电动飞机在市场上所占据的份额将越来越大,而这都需要能够在300℃以上温度下可靠工作的半导体功率器件,因此,基于SiC的功率器件,尤其是SiCJFET器件将大有用武之地。 然而,SiCJFET在实际电路中应用时,自热效应会使器件内部温度(结温)升高,性能发生退化,尤其在高温环境下,退化将更加显著,当器件内部温度达到一定程度就极有可能导致器件发生热失效。研究发现,器件在工作时,高温区域主要分布在器件沟道区。由于这部分高温区域非常靠近用于形成栅端和源端的金属电极,其熔点可能比SiC本征温度低的多,所以尽量降低该区域的温度对金属电极的稳定性至关重要。同时,大量文献及实验结果表明,器件热失效的主要原因是Al金属的融化,因为P型SiC的欧姆接触通常采用Al/Ti金属材料。 SiC材料的本征温度大于800℃,大量文献表明,基于SiC的功率器件有潜力应用在600℃甚至更高的环境温度下,而目前商品化的SiCJFET功率器件,其工作温度一般不超过250℃,远没有达到SiC材料的温度应用潜力。 发明内容 为解决上述问题,本发明提供了一种基于碳基复合电极的高温SiCJFET功率器件,一方面具有良好的热稳定性和导电特性,另一方面可以有效的改善散热,降低器件结温,使器件在高温下仍然可以稳定可靠的工作。 为实现上述目的,本发明采取的技术方案为: 一种基于碳基复合电极的高温SiCJFET器件,包括N+衬底、N-漂移区、N沟道区、P+栅区、N+源区、由第一碳基材料层与第一金属层、第二金属层复合构成的源电极、由第三碳基材料层与第三金属层、第四金属层复合构成的漏电极、由第二碳基材料层与第五金属层、第六金属层复合构成的栅电极。 其中,N-漂移区的厚度为9.5μm,宽度为7μm,掺杂浓度为6.5×1015cm-3;N沟道区的深度为2.1μm,宽度为1.6μm,掺杂浓度为6.5×1015cm-3;P+栅区掺杂浓度为1×1018cm-3;N+衬底掺杂浓度为6×1018cm-3;N+源区掺杂浓度为2×1018cm-3。 其中,所述的第一碳基材料层、第二碳基材料层和第三碳基材料层为石墨薄膜或其他具有良好导热性和导电性的碳基材料。 其中,所述的第一金属层和第四金属层的材料为Ni、Ti、Mo、Co、Pt、Nb、W和Cr中的一种;所述的第二金属层和第三金属层的材料为Ni、Ti、Mo、Co和Nb中的一种;所述的第五金属层的材料为Ni、Ti、Mo、Co、Pt、Ta和Pd中的一种;所述的第六金属层的材料为Ni、Ti、Mo、Co、Ta和Pd中的一种。