4H-SiC功率器件作为一种宽禁带半导体器件|第三代半导体材料4H-SiC将带来革命性的变化( 三 )

被捕获的空穴将导致SiO2/4H-SiC界面处的总负有效界面电荷的减少，从而器件击穿电压升高。
当反向偏压应力增大时， SiO2/4H-SiC界面上的垂直电场和空穴浓度均会增大，这将导致向SiO2/4H-SiC界面和氧化层注入更多的空穴，使得器件的击穿电压漂移量增大。

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高温反偏应力下界面电荷变化的物理过程
重复雪崩
重复雪崩应力可靠性测试，则主要通过对器件施加多次瞬时雪崩电流来考察器件对雪崩电流应力的耐受能力。
目前，已有的研究成果表明，重复雪崩容易引起器件击穿电压漂移。
基于此，对目前4H-SiC功率器件普遍采用FLRs终端的重复雪崩可靠性问题及加固方法展开研究。
课题组分别设计及制备了具有传统平面FLRs及具有沟槽结构的沟槽FLRs终端结构的4H-SiCJBS二极管。其中，沟槽深度分别为0.5及1μm ，用于提升平面FLRs终端的注入结深。

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不同FLRs终端结构的4H-SiCJBS二极管
(a)平面FLRs；(b)沟槽FLRs终端（0.5μm）；(c)沟槽FLRs终端（1.0μm）
从本次重复雪崩测试所采用的电路图及波形图，可以看到单次流经待测器件的雪崩峰值电流约1.8A 。
3种终端结构均出现了不同程度的击穿电压漂移，首环间距（S1）越大，器件发生击穿电压的漂移量越大。
平面FLRs终端仅仅在S1为1.2μm时才能保证击穿电压不发生漂移，而两种沟槽FLRs终端在可以保证S1在2及2.5μm时击穿电压不发生漂移，且在相同S1下，沟槽FLRs终端的击穿电压漂移量要小于传统平面FLRs终端结构。
因此，可以看出平面FLRs终端拥有较差的器件抗重复雪崩能力，沟槽FLRs终端不仅提升了4H-SiCJBS器件的重复雪崩耐受能力，更提升了FLRs终端S1的工艺容限。

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重复雪崩测试
(a)重复雪崩测试电路图；(b)测试波形图；(c)100万脉冲测试前后器件击穿电压漂移情况
结论
随着4H-SiC功率器件在诸多领域的应用越来越广泛，器件的可靠性问题成为新的研究热点。
本文介绍了本课题组在4H-SiC功率二极管的可靠性研究进展，针对高温存储、高压反偏及重复雪崩等应力所引起的器件性能退化现象，主要研究了器件退化机理，同时提出了加固方案。
通过以上研究结果可知，目前4H-SiC功率器件的可靠性问题尚未完全解决，在机理分析、加固方法等方面还存在诸多问题。此外，随着4H-SiC功率器件的应用逐渐展开， 4H-SiC的辐照可靠性问题也会受到广泛关注。
4H-SiC器件已经展现出优良的特性，势必将进一步推动电力电子技术朝着更高效、更安全的方向发展。
本文作者：张玉明，袁昊，汤晓燕，宋庆文，何艳静，李东洵，白志强
作者简介：张玉明，西安电子科技大学微电子学院，教授，研究方向为宽禁带半导体材料和器件。
论文全文发表于《科技导报》2021年第14期，原标题为《4H-SiC功率肖特基二极管可靠性研究进展》，本文有删减，欢迎订阅查看。
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