A novel analytical model of a SiC MOSFET(中文)

1、新型SiC MOSFET解析模型R. Ramovic, M. Jevtic, J. Hadzi-Vukovic and D. Randjelovic摘要本文提出一种新型的分析模型，其是基于SiC的n沟道MOSFET的特性。运用已知的实验结果，载流子迁移率的半经验关系式对电场强度的依赖，掺杂浓度和温度是指定值。基于此关系适当的电流电压特性，分析数学物理模型模拟跨导和MOSFET的电导。所有模型都考虑到指定因素和其他影响。通道阈值电压的依赖温度和杂质浓度，以及通道狭窄的影响。设计该模型的仿真算法以及展现MOSFET仿真结果，讨论和提出仿真的结果。1.介绍因为宽能带，高的炮和漂移速度，高的热导率，高

2、临界域和化学稳定性。SiC越来越本用来制作半导体器件。基于SiC的MOSFET有很好的开关特性和小可能的二次击穿。这使得其适合高功率的应用，这些应用可以在不同文献中找到不同的设计结构，例如，横向DMOSFET，双垂直植入MOSFET，UMOSFET，完全氧化IOP-MOSFET等。SiC设备的实现是基于不同的晶体结构，如3C，4H和6H。SiC的MOSFET通常是基于已经存在的Si MOSFET模型建模开发的。简化分析有效载流子迁移率对电场的依赖的模型，沟道的温度(T) 和杂质浓度(Na)分别有一下关系图1 横向DMOSFET的横向截面 (1), (2) (3) (4),E0,A和B是常量,T

3、n是归一化温度和T0环境温度。这些关系的不足之处是,他们只包括的三个参数作为变量,另一个常量。在我们的模型,我们提出了作为流动性的统一关系,包括所有参数作为变量。2.统一的数学物理模型模拟SIC MOSFET特征 使用可用的实验结果(1 - 3)和现有的分析模型(5 - 12),我们开发了一个新奇的,挤占载流子迁移率的半经验关系式SiC电场的作用,温度和掺杂剂浓度: (5)Tn = T/T0归一化温度,En=Eav/E0电场,寻访是电场的平均值成立于英吉利海峡,而E0,和v是常量,这为电子和空穴采取不同的值。环境温度T()和弱电场条件下,浓度依赖的流动性具有以下形式 (6)其中，Na 是中心接

4、受者，a和b是常量，（6）的关系是通过拟合实验曲线用最小二乘法的到的。使用提供的(5)和(6)图给定的电流电压特性关系，SiC MOSFET的跨导和电导有以下关系：在线性区域： (7) (8) (9)在饱和区域： (10) (11) (12)其中, 是缩短沟道, 和其他符号是规定值。3.仿真的结果和讨论第二部分和MATLAB 5.1节中给出的模型用于模拟设备特征。从表达式(5)和(6)数值载流子迁移率在不同温度和不同的掺杂水平计算。图2展示了不同温度和浓度的关系，还有机动性能。图3展示了掺杂浓度和不同温度的关系。图4显示的是3-D依靠(T, Na)的结果。这个仿真我们选择了To=300K, N

5、o=5×1021 m-3, =1.5, v=1, a=-11.81 and b=219.45。仿真的结果表明了杂质浓度和载流子迁移率的关系，温度和电场在SiC MOSFET中不相同的关系。对于高衬底掺杂水平,流动首先随着温度的增加而增加直到达到最大值，然后减少。因此，存在一个最适合温度(Topt= 400K)使得载流子迁移率达到最大值。图2 温度依赖的流动性不同的掺杂浓度图3 迁移率与掺杂浓度不同的温度。图4 三维流动的掺杂浓度和温度的依赖图5 电流电压特性作为温度的函数Na=2·1020m-3 and VGS= 16V.图6 浓度依赖性的电流电压特性 T=300K and

6、 VGS=16V.图7 为不同的温度依赖的跨导VGS(Na=3·1022m-3, VDS=50mV).图8 电导作为VDS不同温度的函数(Na=2· 1020m-3, VGS=16V).图9 不同浓度的电导在VDS的依赖(T=300K, VGS=16V).图10 输入晶体管特征温度的依赖 (Na=2·1022m-3, VDS=50mV).这中效应可能是由于陷阱表现作为表面电荷存在SiC氧化边界。这包括到模型拟合实验结果。应该注意，迁移影响着电离杂质的散射。另一方面很难准确地确定表面态密度和电离杂质的数量。这就会影响仿真结果的准确性。仿真的电流电压特性、跨导和电导S

7、iC MOSFET在使用执行给定的几何关系(5)-(12)。考虑温度和掺杂剂浓度阈值电压的依赖4以及通道狭窄的效果，MOSFET特征得到（图5 - 10)的结果，温度和掺杂剂浓度。结果计算与通道宽度W = 800m MOSFET,通道长度L = 5m和栅氧厚度tox= 32 nm。我们能够注意到，漏极电流严重以来温度的变化，还有掺杂剂浓度，当其他所有条件保持不变时(图5,6)。图7显示的是当温度增加在(300-600)K为给出的Vgs，跨导的值下降多次。观察到低掺杂浓度降低比较突出。图9表明，电导下降随着杂质浓度和MOSFET（例如低值的VDS）饱和浓度更高。图8反映的情况是相反的，当温度上升

8、，可由于这样的事实，阈值电压温度和掺杂浓度的递增函数在沟道。4. 结论SiC MOSFET的模型相比更为复杂的Si MOSFET的表现，这主要是由于表面存在SiC/SiO2边界地区低于栅电极。由于表面状态的存在，MOS结构的编排技术基于SiC任然不允许精确的控制这些表面状态影响载流子迁移率的MOSFET的阈值电压，更复杂的以来流动的掺杂剂浓度、电场强度和温度。这影响完成MOSFET特征的复杂性。数学物理模型是考虑到所有在SiC MOSFET的显著影响，因为其考虑到它是基于载流子迁移率的实验结果。这是足够简单的去获得MOSFET的优化性能的几何参数和操作条件。 参考文献1 R.Schoerner

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