新型SiC基high-k介质强电导增强型高压MOSFET新结构研究

The issues about higher on-resistance and poor reliability of the gate have definitely hindered the development of the high voltage SiC MOSFET. To overcome this problem, research on the novel high-k dielectric conductivity enhancement high-voltage SiC MOSFET will be performed in this proposal. The design method and the device structure optimum will be firstly studied in detail. And then, the physical mechanism and the model of the novel device will be present. The key process and device sample fabrication will be experimentally studied. These researches will be provide a theoretical basis for developing the SiC MOS related high voltage device.

本项目针对目前研制超高压SiC槽栅结构功率MOSFET过程中遇到的导通电阻较大、器件栅极可靠性差的问题，拟开展基于high-k介质增强技术的新型碳化硅高压MOSFET新结构设计和工艺实验研究，提出该新型MOS结构的优化设计方法，研究新型器件的性能提升机理，建立新结构的器件物理模型，并进行器件原型的研制，最终为研制该类碳化硅超高压相关器件提供理论基础。

随着电力电子的发展，碳化硅（SiC）材料由于其优越的物理化学性质受到广泛的关注。SiC MOSFET由于其驱动简单，开关速度快等优点而发展迅速。在本基金项目的资助下，重点开展了新型碳化硅基槽栅结构MOSFET的结构优化、MOS结构界面调控和性能等方面的研究。主要工作如下：提出一种新型集成SBD的SiC槽栅结构MOSFET，建立了新型结构的器件数值仿真模型，完成了该新型结的特性仿真和参数优化，同时对其中影响器件可靠性加固改进, 进行了高温特性研究。基于Hohenberg-Kohn-Sham理论及局域密度近似的基本原理, 完成碳化硅MOS界面无过渡层界面模型及含过渡层界面模型的构建，并对这些模型的带隙及态密度进行分析。提出了Al/SiO2/Ba IL/ SiC/Ni这一种新型的MOS高ｋ堆垛栅结构 优化该器件的工艺流程，进行了新结构器件样品的试制。研究结果表明引入O-Ba-O成键形式的界面获得的改善效果最为明显。项目执行期内总共发表 SCI 论文 8 篇，申请国家发明专利 5项， 培养博士研究生 2人，硕士研究生 4 人。通过本项目的研究，相关基础性的关键技术和理论对于碳化硅基功率MOSFET器件的发展具有重要学术和实际应用的意义。