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一种采用N型埋层提高电学性能的新型4H-SiC分裂栅CIMOSFET
A Novel 4H-SiC Split-Gate CIMOSFET With Improved Electrical Performance Using N-Type Buried Layer
| 作者 | Fei Xie · Yonghao Dong · Fa Li · Jiaxing Wei · Feng Xu |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2024年12月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | SiC器件 可靠性分析 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | TCSG - CIMOSFET 栅氧化层可靠性 栅漏电容 比导通电阻 TCAD仿真 |
语言:
中文摘要
本文提出了一种具有阶梯中心注入（CI）区的两层导电分裂栅 MOSFET（TCSG - CIMOSFET），该器件可提高栅氧化层可靠性并降低栅 - 漏电容（$C_{gd}$）。P 型阶梯 CI 区通过降低最大氧化层电场（$E_{ox}$）来提高器件栅氧化层的可靠性。由于减小了栅 - 漏重叠区域，TCSG - CIMOSFET 的$C_{gd}$较低。此外，TCSG - CIMOSFET 采用了电导调制技术，该技术可增加沟道载流子浓度，从而降低比导通电阻（$R_{on,sp}$）。在 TCAD 仿真中，TCSG - CIMOSFET 的$E_{ox}$、BFOM、$C_{gd}$、HF - FOM 分别提高了 50%、43%、45%、49%。性能的提升表明，TCSG - CIMOSFET 是高效、高频电力电子应用的理想选择。
English Abstract
This work proposes a two-layer conductive split-gate MOSFET with step central implant (CI) region (TCSG-CIMOSFET), enhancing gate oxide reliability and reducing gate-drain capacitance ( C_ gd ) . The P-type step CI region serves to enhance device gate oxide reliability by mitigating the maximum oxide electric field ( E_ ox ) . Due to the reducing of the gate-to-drain overlapped region, TCSG-CIMOSFET has a low C_ gd . Furthermore, the technology of conductivity modulation is applied to TCSG-CIMOSFET, which increases channel carrier concentration to reduce the specific on-resistance ( R_ on, {sp} ) . In the TCAD simulation, the TCSG-CIMOSFET improves the E_ ox , BFOM, C_ gd , HF-FOM by 50%, 43%, 45%, 49%, respectively. The enhanced performance suggests that TCSG-CIMOSFET is an excellent choice for high efficiency and high frequency power electronic applications.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项基于4H-SiC的分栅CIMOSFET创新技术具有重要的战略价值。该技术通过引入N型埋层和阶梯式中央注入区，在器件性能上实现了多维度突破，与我司在光伏逆变器和储能变流器领域的核心需求高度契合。
在技术指标层面，该器件将栅氧化层电场强度降低50%，这直接提升了功率器件的长期可靠性，对于我司追求25年以上生命周期的光伏逆变器产品至关重要。栅漏电容降低45%和高频品质因数提升49%的表现，意味着开关损耗的显著下降，这将直接转化为系统效率的提升。对于我司1500V高压光伏系统和大型储能变流器而言，即使0.5%的效率提升也能在全生命周期内创造可观的经济价值。
导通电阻的降低通过电导调制技术实现，这与我司追求高功率密度的产品路线图完全吻合。更低的导通损耗配合改善的开关特性，使得该技术特别适用于高频化趋势明显的储能双向变流器和车载充电系统。
然而，技术挑战不容忽视。4H-SiC器件的制造工艺复杂度高，阶梯式注入区的精确控制对量产一致性提出严苛要求。当前该技术尚处于TCAD仿真阶段，距离商业化应用还需经历流片验证、可靠性测试等关键环节。建议我司密切跟踪该技术的产业化进程，适时开展联合开发或战略合作，将其纳入下一代高效功率模块的技术储备，为实现"碳中和"目标下的产品迭代做好准备。