4H-SiCPiN二極管高溫可靠性研究.pdf

1、碳化硅(SiC)材料憑借其優(yōu)越的性能，成為極具潛力的第III代半導體材料，在航空航天、控制系統(tǒng)、通訊等領域有廣闊的應用前景。不同于只能工作在200℃以下結(jié)溫的傳統(tǒng)Si基器件，SiC器件的穩(wěn)定性高，可靠工作的溫度范圍跨度大，在極端工作溫度下有著出色的表現(xiàn)。然而在實際應用中碳化硅器件及其電路會因為本身散熱問題出現(xiàn)嚴重的退化。因此，研究SiC器件的溫度可靠性及其失效機制對分析和改善其高溫性能具有重要的參考價值。本文主要從理論方面對4H-SiC

2、 PiN二極管的高溫特性、自熱效應以及封裝熱阻等方面進行了建模分析。
　　本文主要利用SENTAURUS-TCAD器件仿真工具對4H-SiC PiN功率二極管進行熱力學模型的研究和構(gòu)建，著重對于不同溫度下二極管正向直流特性進行了仿真分析，模擬了電流密度對器件晶格溫度梯度分布的影響作用，以及不同水平電流密度下不同溫度對二極管正向直流特性的影響。結(jié)果表明，當二極管導通后，其截面產(chǎn)生較大的熱通量促使器件內(nèi)部晶格產(chǎn)生溫度梯度分布，積累的熱

3、量迅速提升了器件的結(jié)溫，環(huán)境溫度越高，器件內(nèi)外溫度梯度越小，熱耗散越不容易進行而導致電流加劇退化甚至熱失控。接著擴展討論不同類型的 SiC器件的熱失控問題，這對以后深入研究SiC器件可靠性以及應用具有極大的參考價值。
　　基于有限元分析法利用ANSYS14.0熱分析工具研究了不同因素對器件封裝熱阻的影響。采用TO（Transistor Out-line）系列封裝為代表的塑封插裝型，通過有限元分析方法建立了4H-SiC PiN功率二