CN102362353A - 碳化硅双极结晶体管 - Google Patents
碳化硅双极结晶体管 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102362353A CN102362353A CN2010800134839A CN201080013483A CN102362353A CN 102362353 A CN102362353 A CN 102362353A CN 2010800134839 A CN2010800134839 A CN 2010800134839A CN 201080013483 A CN201080013483 A CN 201080013483A CN 102362353 A CN102362353 A CN 102362353A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sic
- surface electrode
- transistor
- bjt
- respect
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 85
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 4
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 21
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 21
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000002784 hot electron Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000003949 trap density measurement Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/73—Bipolar junction transistors
- H01L29/732—Vertical transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1608—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0657—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/1004—Base region of bipolar transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/402—Field plates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66053—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide
- H01L29/66068—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/73—Bipolar junction transistors
- H01L29/732—Vertical transistors
- H01L29/7325—Vertical transistors having an emitter-base junction leaving at a main surface and a base-collector junction leaving at a peripheral surface of the body, e.g. mesa planar transistor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
本发明涉及碳化硅(SiC)双极结晶体管(BJT)，其中，对晶体管上的发射极触点和基极触点(1，2)之间的表面区域给予相对于块体SiC中的电势的负表面电势。
Description
技术领域
本发明涉及一种高电流增益的碳化硅双极结晶体管。
背景技术
功率晶体管被用作功率电子系统中的开关。开关在在接通状态中传导高电流和在断开状态中阻止高电压之间交替。电源开关的两个最重要的性能因数是：正向传导过程中的低功率损耗，以及在接通和断开之间切换的过程中的低功率损耗。低功率损耗是有利的，因为其使得能够节省能量，并且因为，当减小由功率损耗导致的散热时，可将系统构造得更紧凑。
碳化硅(SiC)双极结晶体管(BJT)在传导和开关过程中具有低功率损耗，并由此可用作功率电子系统中的开关。传统的硅(Si)功率晶体管，例如，MOSFET和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，无法与用于大约1200V以上级别的电压的SiC BJT的功率损耗相匹配。还有其它SiC功率晶体管，例如，MOSFET和结型场效应晶体管(JFET)，这两个晶体管类型都具有相对低的功率损耗。然而，MOSFET具有有限的氧化物可靠性和高沟道电阻，其在正向传导过程中会导致额外的功率损耗。JFET是所谓的常通装置，并且，这在许多功率电子系统中是一个缺点，因为，如果JFET驱动电路出现故障，那么这会是一个安全问题。
在Proceeding of the 19th International Symposium on PowerSemiconductor Devices and Ics，p.293-6，2007，by S.Balachandran et.al中描述了：已经成功开发了NPN类型的SiC BJT，并且，能够具有等于6kV的最大电压的BJT已表现出低导通电压。
在IEEE Electron Device Letters，Vol.26，No.3，2005，by S.Balachandran et.al中，已经示出了用于30A和1000V的大面积SiC BJT，具有大约40的电流增益，并且，在100A/cm2的电流密度下仅具有0.6V的低正向电压降。
用外延NPN结构制造最佳的SiC BJT，并通过SiC的干法刻蚀来终止基极发射极和基极集电极结，以形成所谓的台式结构。具有几安培的高电流容量的SiC BJT，在遍布几平方毫米的大面积上包含许多交叉指形指状发射极。用于获得具有最佳击穿电压和低功率损耗的现有技术SiC BJT的关键因素是：有效的高压结终端、具有低缺陷浓度的块体SiC、至n型和p型SiC的低电阻欧姆触点，以及有效的表面钝化。
发明内容
问题
目前使用的传统的Si开关，MOSFET和IGBT，是电压控制的装置。这意味着，开关的控制用栅极端子仅在稳态中需要DC电压，因此，在接通状态中和在断开状态中，来自驱动电路的电流是可以忽略的。相反，在开关过程中需要大电流，以对装置内部电容(在栅极-源极之间和在栅极-漏极之间)充电和放电。只要开关频率不是非常高，那么，必须从驱动电路传递的功率就是适当的，可将相对小的和便宜的集成电路用作用于电压控制的装置(例如MOSFET和IGBT)的驱动电路。
另一方面，SiC BJT是电流控制的晶体管，因此，当BJT处于接通状态时，驱动电路必须传递DC电流。由于此接通状态的DC驱动电流的原因，与MOSFET和IGBT的情况相比，BJT的驱动电路必须传递明显更高的功率。对于目前对SiC BJT所达到的电流增益(大约20至60)，无法用小集成电路控制大面积SiC BJT，因此，驱动电路变得更贵且设计更复杂。所需要的功率更大且复杂的驱动电路是SiC BJT与MOSFET和IGBT相比的一个重大缺点，并且，为了增加SiC BJT的市场潜力，将电流增益从20至60的范围中的当前值增加至100及以上的值是重要的。
具有1200V阻断能力(blocking capability)的SiC BJT的器件模拟表明，如果材料的载流子寿命是大约100ns，那么，可预期150至200的范围内的电流。载流子寿命的这个值与从n型和p型外延SiC层的材料特征产生的结果合理地相适应。对于现有技术的外延，SiC材料质量由此应足以制造具有范围在150至200的电流增益的BJT。
对现有技术的SiC BJT的主要电流增益限制因素是发射极边缘处及其附近的基极-发射极结的蚀刻末端处的表面复合。
SiC BJT大多数时候通过NPN双极晶体管结构的外延生长来制造，然后蚀刻SiC，以终止基极-发射极和基极-集电极pn结。
图1示出了典型的SiC NPN BJT的有源区的横截面，示出了发射极区的边缘，具有发射极触点1、基极触点2、n+发射极区3、p基极区4、n-集电极区5、n+基底区6和集电极触点7。在SiC之上，在基极触点和发射极金属触点1、2之间，使用电介质表面钝化层8。用此表面钝化层8来终止SiC表面上的原子的自由键，并由此减小导致表面复合和表面漏电流的缺陷的密度。
然而，难以在SiC表面上形成表面钝化层8，并且，难以在SiC和表面钝化层之间的界面获得低缺陷浓度，如图1所示。通过用和当制造SiCMOSFET晶体管时相似的方式氧化SiC来获得目前最佳的结果，例如，通过在N2O环境中氧化来钝化的BJT，如在IEEE Electron Device Letters，Vol.28，No.11，2007，by H-S.Lee et.al中所示出的；或在氢气中退火之后的热氧化，如Y.Negoro等人在International Conference on Silicon Carbide andRelated Materials(ICSCRM2007)，Barcelona，7-12September 2008上所做的报告中示出的。
一种减少表面复合并由此增加SiC BJT的电流增益的策略是，在SiC和钝化层之间的界面生成具有更少缺陷的钝化层。
解决方案
为了解决一个或多个上述问题，从碳化硅(SiC)双极结晶体管(BJT)的观点看，本发明通过控制表面电势以抑制表面复合而提供了一种解决制造具有高电流增益的SiC BJT的问题的方案。
本发明特别地教导了：所述晶体管上的发射极触点和基极触点之间的表面区域被给定相对于块体SiC中的电势的负表面电势。
本发明的一个可能的实施方式是，晶体管包括导电层，这里称为表面电极，在用作表面钝化的介电层之上。
表面电极可由导电材料组成，例如，金属或高掺杂多晶硅。
进一步提出：通过将表面电极连接至发射极触点连接，或通过相对于下层块体SiC施加外部负电势，相对于表面内侧的块体SiC，表面电极被提供有负电势。
提出了：介电层可在表面电极和SiC之间由二氧化硅组成。该介电层可具有10至30nm的数量级的厚度，例如，20nm。
本发明还提出了这样一种方法：通过减少晶体管的发射极触点和基极触点之间的SiC表面处的表面复合，来增加碳化硅(SiC)双极结晶体管(BJT)中的电流增益。
提出了：可通过产生相对于表面内侧的块状SiC中的电势的负表面电势，来实现表面区域中的电子浓度的减小。
提出的另一种实现减少表面区域中电子浓度的方法是，通过在SiC和介电层之间的界面或在氧化物内产生负电荷。
有益效果
已经根据本发明的产生相对于表面下方的块体SiC的负表面电荷的晶体管由于被用于SiC BJT中而具有以下有益效果。
由于表面复合受到抑制，电流增益变得更高。增加SiC BJT的电流增益是非常重要的，因为这意味着，需要更小的基极电流来控制BJT，而且，这意味着，驱动电路变得更便宜且构造更简单。
可将本发明与其它改进结合，即，如果改进了表面钝化的质量，那么本发明无论如何都将给予进一步的改进。
本发明在传统制造过程中易于实现，因为在传统制造过程中经常制造金属重迭层触点，因此，不需要额外的处理步骤来制造表面电极，如所提出的本发明的一个实施方式。
SiC的复合能是大约3.2eV，并且，此能量大到足以产生可被注入表面钝化层并影响长期稳定性的具有高能量的电子，即所谓的热电子。本发明减少了表面复合。从而，产生更少的热电子，这有望改进长期稳定性。
附图说明
现在将参考附图详细地描述根据本发明的晶体管和方法，其中：
图1是根据现有技术的示出了在基极触点和发射极触点之间的SiC层之上的介电表面钝化层的SiC BJT的有源区的横截面，
图2是作为本发明的一个优选实施方式的示出了表面电极的SiC BJT的有源区的横截面，
图3是示出了所测量和所模拟的公共发射极电流增益和集电极电流之间的函数关系的曲线图，
图4是示出了在没有和具有分别连接至发射极触点和基极触点的表面电极(如图2所示)的情况下的SiC BJT的器件模拟的曲线图，
图5是示出了具有如图2所示的表面电极、表面电极电势为-40V，40V以及没有电连接至表面电极的SiC BJT的测量结果的曲线图。
具体实施方式
为了增加现有技术中SiC BJT的电流增益，必须减少发射极触点和基极触点之间的SiC表面处的表面复合。产生的表面复合的量主要取决于三个因素：
1)SiC和表面钝化层之间的界面处的缺陷浓度(defect concentration)
2)表面区域中的电子浓度
3)表面区域中的空穴浓度
以上因素1取决于技术，但是，因素2和3可能受设计的影响，这就是本发明的方法。
电子-空穴对的复合率主要取决于少数载流子类型(电子或空穴)的浓度，因为这是限制自由载流子的比率。表面复合出现在发射极和基极区中，但是，器件模拟表明，大多数复合沿着表面出现在p掺杂的基极层中。在p掺杂的基极层中，电子是少数，因此，电子浓度限制表面复合率。因此，通过抑制p掺杂的基极中的表面区域中的电子浓度，可减少总表面复合。
本发明通过产生相对于表面内侧的块体SiC中的电势的负表面电势，来减少表面区域中的电子浓度。因为负电势会排斥电子，所以，产生的负表面电势会抑制电子浓度，从而减少表面复合。
本发明的一个优选实施方式是在用作表面钝化的介电层之上制造导电层，这里称为表面电极。图2中示出了具有表面电极的典型NPN BJT的横截面，具有发射极触点1、基极触点2、n+发射极区3、p基极区4、n-集电极区5、n+基底区6和集电极触点7。表面电极9可由金属、高掺杂多晶硅或任何其它导电材料组成。通过将表面电极连接至发射极触点1，或通过施加相对于下层块体SiC的外部负电势，将相对于表面内侧的块体SiC的负电势施加至表面电极9。
表面电极和SiC之间的表面钝化层的厚度是优化本发明以有效工作的一个重要参数。用于本发明的一个适当条件是，使用具有10至30nm的数量级的厚度的介电层，由表面电极和SiC之间的二氧化硅组成。
现在将给出理论和实验证据，以说明本发明的工作原理。对本发明的此理论和实验支撑是必要的，因为SiC BJT中的表面复合的问题是二维的，并且，甚至对于本领域的技术人员来说分析也是复杂的。
图3示出了所测量的41和所模拟的42、43、44公共发射极电流增益A的比较，公共发射极电流增益A是SiC BJT的集电极电流B的函数，其中，具有10μm的发射极宽度和500μm的发射极长度的小SiC BJT的集电极-基极电压VCB＝0V。测量结果41示出了大约26的峰值电流增益。
用三个不同的陷阱密度来执行模拟，其中：
-在图中，用虚线42示出了DIT＝1×1010cm-2eV-1，
-在图中，用虚线43示出了DIT＝1×1011cm-2eV-1，以及
-在图中，用虚线44示出了DIT＝1×1012cm-2eV-1。
SiC和表面钝化层8之间的界面处的俘获横截面是σ＝10-14cm-2，并且，在此具体实例中，表面钝化层8由二氧化硅组成。假设陷阱密度在SiC带隙上是恒定的。假设带隙上半部中的陷阱是受主，并假设带隙下半部中的陷阱是施主。在模拟中使用寿命τ＝100ns的块体载流子。
图3示出了测量41和针对陷阱浓度DIT＝1×1012cm-2eV-1的模拟44之间的合理一致性，包括电流增益随着集电极电流增加而增加。用合理的值来模拟块体和表面复合，图3中的结果提供这样的支持：表面复合限制典型的SiC BJT的电流增益。图3中的结果还提示：通过减少表面复合，可明显地增加SiC BJT的电流增益。这可通过减小界面处的陷阱浓度，或通过根据本发明提供负表面电势来实现。
图4示出了具有和没有施加至图2所示的BJT中的表面电极9的电势的与图3中具有陷阱浓度1×1012cm-2eV-1的相同的BJT的器件模拟。在图中，实线51示出了没有连接至发射极触点1的表面电极9的结果，虚线52示出了具有连接至发射极触点1的表面电极9的结果。在此具体实例中，表面钝化层8在SiC表面和表面电极9之间由20nm厚的二氧化硅介电表面钝化层组成。图4示出了没有表面电极的43的峰值电流增益和具有已被连接至发射极触点1以相对于表面内侧的块体SiC获得负表面电势的表面电极9的64.5的峰值电流增益。图4中的结果表明，通过将表面电极9连接至发射极触点1，可使峰值电流增益增加大约50％。表面电极9与发射极触点1的连接是本发明的一个实施方式，其在制造过程中易于实现，没有任何额外的晶体管控制电极。
图4中的更高的电流增益由负表面电极电势产生，其导致表面处的更低的电子浓度，并由此导致更低的表面复合率。
图4中的模拟结果对本发明的工作原理提供理论支持。因为在用于SiC表面处的陷阱的模拟模型参数中存在不确定性，所以，实验结果对于验证本发明的优点也是重要的。
图5示出了如图2所示的所制造的具有表面电极的SiC BJT的电流增益A的测量结果。示出了以下情况的结果，在虚线61中示出了表面电极9处的-40V的负电势，在虚线62中示出了表面电极9处的+40V的正电势，在实线63中示出了没有电连接到表面电极9。测量结果表明，通过向表面电极施加-40V的负电势，可将峰值电流增益增加大约18％，从33.7增加至39.7。
也可以通过向表面电极施加正电势，将电流增益A减小大约30％。
因为电子被排斥，电流增益A随着负表面电势而增加，并且，减小的表面电子浓度使表面复合减少。
因为电子被吸引，电流增益A随着正表面电势而减小，并且，这使表面复合的量增加。
对具有比最佳情况更厚的钝化层8的SiC BJT执行图5中的测量，因此，即使对于施加至表面电极9的相对高的电势，对电流增益的影响也是最适当的。然而，图5中的结果清楚地表明，当对表面电极9施加相对于块体SiC的负电势时，电流增益A提高，由此提供本发明有效的实验证据。
应当理解，本发明不限于上述和示出的本发明的示例性实施方式，并且，可以在如所附权利要求书中所阐述的发明原理的范围内进行修改。
Claims (5)
1.一种碳化硅(SiC)双极结晶体管(BJT)，其特征在于，所述晶体管上的发射极触点和基极触点之间的表面区域被给予相对于块体SiC中电势的负表面电势，所述晶体管包括位于被用于表面钝化的介电层上的导电层，所述导电层在这里被称为表面电极，所述表面电极能够由诸如金属或高掺杂多晶硅的导电材料构成，并且，相对于所述表面内侧的块体SiC，所述表面电极被提供有负电势。
2.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，通过将所述表面电极连接至所述发射极触点，相对于所述表面内侧的所述块体SiC，所述表面电极被提供有负电势。
3.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，通过施加相对于下层块体SiC的外部负电势，相对于所述表面内侧的所述块体SiC，所述表面电极被提供有负电势。
4.根据前述任一项权利要求所述的晶体管，其特征在于，所述介电层由位于所述表面电极和所述SiC之间的二氧化硅构成。
5.根据权利要求8所述的晶体管，其特征在于，所述介电层的厚度是10至30nm的数量级。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US16272109P | 2009-03-24 | 2009-03-24 | |
| SE0950185A SE533700C2 (sv) | 2009-03-24 | 2009-03-24 | Bipolär transistor i kiselkarbid |
| SE0950185-9 | 2009-03-24 | ||
| US61/162,721 | 2009-03-24 | ||
| PCT/SE2010/050310 WO2010110725A1 (en) | 2009-03-24 | 2010-03-22 | Silicon carbide bipolar junction transistor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102362353A true CN102362353A (zh) | 2012-02-22 |
Family
ID=42781247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010800134839A Pending CN102362353A (zh) | 2009-03-24 | 2010-03-22 | 碳化硅双极结晶体管 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US8378390B2 (zh) |
| JP (1) | JP2012521654A (zh) |
| KR (1) | KR20110134486A (zh) |
| CN (1) | CN102362353A (zh) |
| DE (1) | DE112010001361T5 (zh) |
| SE (1) | SE533700C2 (zh) |
| WO (1) | WO2010110725A1 (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104882357A (zh) * | 2014-02-28 | 2015-09-02 | 株洲南车时代电气股份有限公司 | 半导体器件耐压终端结构及其应用于SiC器件的制造方法 |
| CN105957886A (zh) * | 2016-06-28 | 2016-09-21 | 中国科学院微电子研究所 | 一种碳化硅双极结型晶体管 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE533700C2 (sv) | 2009-03-24 | 2010-12-07 | Transic Ab | Bipolär transistor i kiselkarbid |
| SE1150065A1 (sv) | 2011-01-31 | 2012-07-17 | Fairchild Semiconductor | Bipolär transistor i kiselkarbid med övervuxen emitter |
| WO2012139633A1 (en) | 2011-04-12 | 2012-10-18 | X-Fab Semiconductor Foundries Ag | Bipolar transistor with gate electrode over the emitter base junction |
| SE1150386A1 (sv) * | 2011-05-03 | 2012-11-04 | Fairchild Semiconductor | Bipolär transistor av kiselkarbid med förbättrad genombrottsspänning |
| WO2013107508A1 (en) * | 2012-01-18 | 2013-07-25 | Fairchild Semiconductor Corporation | Bipolar junction transistor with spacer layer and method of manufacturing the same |
| US9117845B2 (en) * | 2013-01-25 | 2015-08-25 | Fairchild Semiconductor Corporation | Production of laterally diffused oxide semiconductor (LDMOS) device and a bipolar junction transistor (BJT) device using a semiconductor process |
| US8987107B2 (en) | 2013-02-19 | 2015-03-24 | Fairchild Semiconductor Corporation | Production of high-performance passive devices using existing operations of a semiconductor process |
| US9071245B2 (en) * | 2013-04-24 | 2015-06-30 | Hamilton Sundstrand Corporation | Solid state power controller gate control |
| KR101764412B1 (ko) | 2015-09-14 | 2017-08-14 | 일동바이오사이언스(주) | 기능성 수화 히알루론산 및 이를 이용한 장 점막부착능이 우수하고 선택적 길항작용을 하는 코팅 유산균의 제조방법 |
| KR101981790B1 (ko) | 2017-04-07 | 2019-05-27 | 주식회사 종근당바이오 | 실크 피브로인으로 코팅되어 장내 정착성이 향상된 유산균을 포함하는 조성물 |
| KR102009732B1 (ko) | 2019-04-15 | 2019-08-12 | 주식회사 쎌바이오텍 | 세포 농축 방법에 의한 이중코팅 유산균의 제조방법 |
| KR102009731B1 (ko) | 2019-04-15 | 2019-08-12 | 주식회사 쎌바이오텍 | 단백질 가수분해물을 이용한 단백질-다당류 이중코팅 유산균의 제조방법 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4945394A (en) * | 1987-10-26 | 1990-07-31 | North Carolina State University | Bipolar junction transistor on silicon carbide |
| CN1992337A (zh) * | 2005-12-22 | 2007-07-04 | 克里公司 | 具有碳化硅钝化层的碳化硅双极结型晶体管及其制造方法 |
| CN101199058A (zh) * | 2005-06-13 | 2008-06-11 | 本田技研工业株式会社 | 双极半导体器件及其制造方法 |
| US20090057685A1 (en) * | 2007-08-29 | 2009-03-05 | Hitachi, Ltd. | Bipolar device and fabrication method thereof |
| CN101393934A (zh) * | 2007-09-20 | 2009-03-25 | 株式会社东芝 | 半导体器件及其制造方法 |
| CN101425536A (zh) * | 2008-12-04 | 2009-05-06 | 电子科技大学 | 双极结型晶体管 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7550783B2 (en) * | 2004-05-11 | 2009-06-23 | Cree, Inc. | Wide bandgap HEMTs with source connected field plates |
| US7964961B2 (en) | 2007-04-12 | 2011-06-21 | Megica Corporation | Chip package |
| SE533700C2 (sv) | 2009-03-24 | 2010-12-07 | Transic Ab | Bipolär transistor i kiselkarbid |
| SE1150386A1 (sv) | 2011-05-03 | 2012-11-04 | Fairchild Semiconductor | Bipolär transistor av kiselkarbid med förbättrad genombrottsspänning |
-
2009
- 2009-03-24 SE SE0950185A patent/SE533700C2/sv unknown
-
2010
- 2010-03-22 WO PCT/SE2010/050310 patent/WO2010110725A1/en active Application Filing
- 2010-03-22 CN CN2010800134839A patent/CN102362353A/zh active Pending
- 2010-03-22 KR KR1020117024780A patent/KR20110134486A/ko not_active Application Discontinuation
- 2010-03-22 DE DE112010001361T patent/DE112010001361T5/de not_active Ceased
- 2010-03-22 JP JP2012501963A patent/JP2012521654A/ja active Pending
-
2011
- 2011-09-23 US US13/243,056 patent/US8378390B2/en active Active
-
2013
- 2013-01-11 US US13/739,923 patent/US8853827B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4945394A (en) * | 1987-10-26 | 1990-07-31 | North Carolina State University | Bipolar junction transistor on silicon carbide |
| CN101199058A (zh) * | 2005-06-13 | 2008-06-11 | 本田技研工业株式会社 | 双极半导体器件及其制造方法 |
| CN1992337A (zh) * | 2005-12-22 | 2007-07-04 | 克里公司 | 具有碳化硅钝化层的碳化硅双极结型晶体管及其制造方法 |
| US20090057685A1 (en) * | 2007-08-29 | 2009-03-05 | Hitachi, Ltd. | Bipolar device and fabrication method thereof |
| CN101393934A (zh) * | 2007-09-20 | 2009-03-25 | 株式会社东芝 | 半导体器件及其制造方法 |
| CN101425536A (zh) * | 2008-12-04 | 2009-05-06 | 电子科技大学 | 双极结型晶体管 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104882357A (zh) * | 2014-02-28 | 2015-09-02 | 株洲南车时代电气股份有限公司 | 半导体器件耐压终端结构及其应用于SiC器件的制造方法 |
| CN105957886A (zh) * | 2016-06-28 | 2016-09-21 | 中国科学院微电子研究所 | 一种碳化硅双极结型晶体管 |
| CN105957886B (zh) * | 2016-06-28 | 2019-05-14 | 中国科学院微电子研究所 | 一种碳化硅双极结型晶体管 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE533700C2 (sv) | 2010-12-07 |
| SE0950185A1 (sv) | 2010-09-25 |
| JP2012521654A (ja) | 2012-09-13 |
| US20120007103A1 (en) | 2012-01-12 |
| WO2010110725A1 (en) | 2010-09-30 |
| US8378390B2 (en) | 2013-02-19 |
| US8853827B2 (en) | 2014-10-07 |
| US20130126910A1 (en) | 2013-05-23 |
| KR20110134486A (ko) | 2011-12-14 |
| DE112010001361T5 (de) | 2012-08-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102362353A (zh) | 碳化硅双极结晶体管 | |
| CN114122123B (zh) | 集成高速续流二极管的碳化硅分离栅mosfet及制备方法 | |
| Miller et al. | A new concept for a non punch through IGBT with MOSFET like switching characteristics | |
| WO2011130044A1 (en) | Wide band-gap mosfets having a heterojunction under gate trenches thereof and related methods of forming such devices | |
| CN108649068B (zh) | Rc-igbt器件及其制备方法 | |
| CN104701380B (zh) | 一种双向mos型器件及其制造方法 | |
| WO2019157819A1 (zh) | 一种具有三维沟道的复合栅igbt芯片 | |
| JP2004193212A (ja) | 半導体装置 | |
| CN101393927A (zh) | 积累层控制的绝缘栅双极型晶体管 | |
| US9263560B2 (en) | Power semiconductor device having reduced gate-collector capacitance | |
| CN109103186A (zh) | 一种集成异质结续流二极管碳化硅槽栅mosfet | |
| JPH09186323A (ja) | 電力用絶縁ゲートバイポーラトランジスタ | |
| Agarwal et al. | Progress in silicon carbide power devices | |
| CN103872097A (zh) | 功率半导体设备及其制造方法 | |
| JP2004247593A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| CN113892189A (zh) | 碳化硅半导体装置及碳化硅半导体装置的制造方法 | |
| CN114551586B (zh) | 集成栅控二极管的碳化硅分离栅mosfet元胞及制备方法 | |
| CN116230770A (zh) | 肖特基结辅助耗尽镇流电阻的碳化硅mosfet器件及制备方法 | |
| CN115172451A (zh) | 一种基于PP异质结的结型栅增强型GaN器件 | |
| Zhang et al. | New Improvement Results on 7.5 kV 4H-SiC p-IGBTs with R diff, on of 26 mΩ· cm 2 at 25 C | |
| CN102263127B (zh) | 一种mos型功率器件及其制造方法 | |
| CN112736134A (zh) | 碳化硅pnpn晶闸管注入型igbt器件 | |
| Tadikonda et al. | Analysis of lateral IGBT with a variation in lateral doping drift region in junction isolation technology | |
| CN220895512U (zh) | 一种氮化镓功率器件 | |
| CN107623043B (zh) | 一种含内置浮空区的低导通电阻碳化硅mosfet器件与制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120222 |