A Multiple-Ring-Modulated JTE Technique for 4H-SiC Power Device With Improved JTE-Dose Window
A Multiple-Ring-Modulated JTE Technique for 4H-SiC Power Device With Improved JTE-Dose Window
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用于 4H-SiC 功率器件的多环调制 JTE 技术，具有改进的 JTE 剂量窗口
DOI：
10.1109/ted.2017.2761995
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发表时间：
2017-12
影响因子：
3.1
通讯作者：
Zhang Bo
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Deng Xiaochuan;Li Lijun;Wu Jia;Li Chengzhan;Chen Wanjun;Li Juntao;Li Zhaoji;Zhang Bo
在本文中，多环调制结终端扩展（MRM-JTE）技术的大面积碳化硅PiN整流器额定在4500 V的建议和实验研究使用标准的两区JTE（TZ-JTE）过程中没有额外的工艺步骤或掩模。类似于硅器件中广泛使用的横向掺杂技术，在JTE区中嵌入多个调制环，在终端区形成逐渐减少的有效电荷。MRM结合了环形辅助JTE和空间调制JTE两种终端技术的优点，与传统TZ-JTE相比，扩大了最佳JTE剂量窗口，具有较高的反向阻断电压。在漏电流为<inline-formula><tex-math notation="LaTeX">1 μ A的条件下，</tex-math></inline-formula>MRM-JTE整流器的击穿电压为4940 V，其厚度为36<inline-formula><tex-math notation="LaTeX">μ m</tex-math></inline-formula>，N<sup>-</sup>外延层的掺杂量为<inline-formula><tex-math notation="LaTeX">1.8 × 10 ^{15}$</tex-math></inline-formula>cm<sup>-3</sup>，为理想平行平面值的92%。一个50 A的正向电流已被测量在一个正向电压降为3.9 V的器件与9.2 mm<sup>2的</sup>有效阳极面积，对应于低差分导通电阻为1.8<inline-formula><tex-math notation="LaTeX">$\text{m}\Omega \cdot \text {cm}^{ {2}}$</tex-math></inline-formula>。模拟和实验结果表明，所提出的器件具有约2倍的JTE剂量容限窗口改善相对于4500 V的击穿电压。
In this paper, a multiple-ring-modulated junction termination extension (MRM-JTE) technology for large-area silicon carbide PiN rectifier rated at 4500 V is proposed and experimentally investigated using a standard two-zone JTE (TZ-JTE) process without extra process steps or masks. Multiple modulation rings embedded inside JTE region, which is similar to varied lateral doping technology widely used in silicon devices, form a gradual decrease of effective charges in the termination region. MRM combines the advantages of two termination techniques, namely, ring-assisted JTE and space-modulated JTE, to enlarge the optimum JTE-dose window with high reverse blocking voltage in comparison with conventional TZ-JTE. A breakdown voltage of 4940 V at a leakage current of <inline-formula> <tex-math notation="LaTeX">$1~\mu \text{A}$ </tex-math></inline-formula> is achieved from fabricated MRM-JTE rectifiers with a 36-<inline-formula> <tex-math notation="LaTeX">$\mu \text{m}$ </tex-math></inline-formula>-thick N<sup>−</sup> epilayer doped to <inline-formula> <tex-math notation="LaTeX">${1.8} \times {10}^{{15}}$ </tex-math></inline-formula> cm<sup>−3</sup>, which is 92% of the ideal parallel-plane value. A forward current of 50 A has been measured at a forward voltage drop of 3.9 V for devices with an active anode area of 9.2 mm<sup>2</sup>, corresponding to low differential on-resistance of 1.8 <inline-formula> <tex-math notation="LaTeX">$\text{m}\Omega \cdot \text {cm}^{ {2}}$ </tex-math></inline-formula>. The simulation and experimental results show that the proposed device exhibits approximately 2 times JTE dose tolerance window improvement with respect to the breakdown voltage of 4500 V.
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