Optimierung der elektrischen Eigenschaften von 4H-SiC-Leistungshalbleitern mittels „Trench“-Struktur
Internally funded project
Start date : 01.09.2021
Project details
Short description
Eines der gebräuchlichsten und grundlegenden Bauelemente auf SiC sind Schottky-Dioden. In ihrer Entwicklungsgeschichte bestand ein wichtiger Ansatz darin, Schottky- und PiN-Dioden zu kombinieren und so die Vorteile beider Bauelemente zu vereinen. Diese so genannten Junction-Barrier-Schottky-Dioden (JBS) zeichnen sich durch einen niedrigen Durchlassspannungsabfall und einen deutlich geringeren Leckstrom in Sperrrichtung aus als ihre reinen Schottky-Pendants. Der Schlüssel zur Reduzierung des Leckstroms liegt in der Abschirmung des elektrischen Feldes an der Schottky-Grenzfläche, um die Absenkung der Schottky-Barriere zu verringern. Die Verkleinerung der Schottky-Fläche durch PiN-Regionen führt jedoch zu einem Kompromiss zwischen Durchlass- und Sperrvermögen. Ziel dieser Arbeit war es, das elektrische Feld an der SiC-Oberfläche durch eine Aussparung für eine tiefere p+-Implantation zu verringern, indem der Boden der Gräben vor der Implantation geätzt wird.
Das Forschungsprojekt wird im Rahmen eines LEB-Promotionsvorhabens in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB) bearbeitet.
Scientific Abstract
In this work, the influence of a trench structure on the electrical performance of 4H-SiC power diodes is investigated.
With its outstanding properties like wide bandgap and high critical electrical field strength, silicon carbide (SiC) is a very attractive choice for power semiconductor devices. One of the most common and fundamental devices on SiC are Schottky diodes. To fulfill todays requirements of high performance power modules, continuous development of power devices like SiC Schottky diodes is essential. In their history of development, one key approach was to combine Schottky with PiN diodes, bringing together the advantages of both. These so-called Junction Barrier Schottky (JBS) diodes stand out through their low forward voltage drop with a significant reduced leakage current in reverse-bias compared with their pure Schottky counterparts. Key to reducing the leakage current is to shield the electrical field at the Schottky interface in order to reduce Schottky barrier lowering. However, consuming the Schottky area through PiN regions results in a trade-off between forward and blocking capabilities. For Schottky-diodes, the trenches lead to a significant reduction of the electric field at the Schottky-interface. Compared to commonly used JBS-diodes, the strength of the electric field can be reduced by one order of magnitude. Because of this, the leakage current is reduced by two orders of magnitude. The lowered electric field also allows for the use of a metal with a low Schottky-barrier height on SiC as well as for a higher doping of the epitaxial layer. Both of these changes lead to energy savings when the diode is conducting and therefore to a higher efficiency of the device.
