應用分享｜少子壽命測試儀(MDP)針對碳化硅器件性能優(yōu)化的關鍵作用

更新時間：2024-10-30

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應用背景

在微電子半導體行業(yè)日新月異的現(xiàn)狀，材料質(zhì)量的提升與器件性能的優(yōu)化成為推動技術進步的關鍵因素。碳化硅（SiC）作為一種新興的高性能半導體材料，以其優(yōu)異的導熱性、高擊穿電場強度及耐高溫特性，在電力電子、新能源汽車、航天航空等領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。然而，碳化硅器件的性能優(yōu)化并非易事，其涉及到材料質(zhì)量、加工工藝、器件設計等多個層面的精細控制。在這個過程中，少數(shù)載流子壽命（少子壽命）作為評價半導體材料質(zhì)量的重要參數(shù)之一，其精確測量與深度分析顯得尤為重要。

儀器介紹

德國弗萊貝格儀器有限公司（Freiberg Instruments），作為一家快速、無損電氣表征工具供應商，始終致力于技術創(chuàng)新與品質(zhì)優(yōu)異。其MDP（微波檢測光電導性）少子壽命測試儀，作為行業(yè)內(nèi)前端的分析設備，以其非接觸、無損、高靈敏度的特性，在碳化硅器件性能優(yōu)化中發(fā)揮著不可替代的關鍵作用。本文旨在探討MDP少子壽命測試儀在碳化硅器件性能優(yōu)化中的重要作用，德國弗萊貝格儀器公司共同推動半導體技術的進步與發(fā)展。

應用分享

碳化硅器件性能優(yōu)化：結(jié)合少子壽命檢測結(jié)果，可以指導SiC器件的設計和制造過程，優(yōu)化器件性能，提高成品率和可靠性。

在超高壓工作條件下前景廣闊的雙極型SiC器件中，載流子壽命是影響器件性能的一個重要參數(shù)。表面復合是載流子壽命的限制因素之一，器件的設計和制造工藝的開發(fā)需要表面復合速度的定量值。

然而，在雙極SiC器件的開發(fā)中，有幾個困難需要克服，例如抑制退化和改進pn結(jié)的制造技術。其中一個重要的困難是控制載流子壽命。載流子壽命直接影響電導率調(diào)制行為；因此，器件的導通電阻和開關損耗取決于載流子壽命。

通過少子壽命值，確定了4H-SiC的Si面和C面的表面復合速度(S)及其溫度依賴性，研究者相信對表面復合速度定量值的全方面調(diào)查和討論將支持未來雙極SiC器件設計和開發(fā)的改進³。

隨著SiC型IGBT的耐壓越來越高，要求少子壽命足夠高，以進行有效的電導調(diào)制，從而降低器件的正向?qū)▔航岛蛯娮?，但是同時也追求更高的開關速度，即希望反向恢復時間越短越好，這又要求少子壽命足夠低。如何在低的正向?qū)▔航岛偷偷拈_關損耗之間進行折衷，是IGBT設計的關鍵。

通過選擇合適的緩沖層厚度，通過局部控制器件漂移區(qū)和緩沖層的壽命，進行4H-SiC型n-IGBT功耗的優(yōu)化。

4H-SiC n-IGBT正向?qū)▔航岛完P斷損耗的權衡曲線

在權衡曲線圖中，位于左上角的點所對應的壽命參數(shù)雖然正向?qū)▔航岛艿?，但是于關斷損耗過大，不符合優(yōu)化的條件；而位于右下角的點正向?qū)▔航岛芨?，即使損耗很低，也不是選擇的合理參數(shù)。因此結(jié)果選擇的壽命參數(shù)為：漂移區(qū)少子壽命為8μs，緩沖層少子壽命為0.08~0.1μs,作為器件選擇的合理參數(shù)。

未完待續(xù)～

參考文獻：

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