4H-SiC金属-半导体双极晶体管的模拟研究

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1、摘要摘要碳化硅(SiC)禁带宽、临界击穿电场大、热导率高、电子饱和漂移速度快，在高温、高频、高辐射环境下有广阔的应用前景。近年来，SiC双极器件的研究越来越受到人们的重视。基于4H．SiC材料的优越特性和NPN双极晶体管的基本结构，本文提出了一种新型金属一半导体双极晶体管(MSBJT)，并对其基本特性进行模拟和分析。首先分析Tp型肖特基接触的电流输运机理，针对两种金属和4H．SiC形成的肖特基势垒二极管，利用模拟软件对其正向I．V特性进行了模拟分析，为MSBJT的研究奠定了基础。其次建立了适用于4H．SiCMSB

2、JT直流特性仿真的器件结构和物理模型，并用此模型对器件的直流特性进行模拟。该模型准确地反映了器件的工作特性，模拟结果显示，器件具有良好的直流特性，共发射极电流增益达到近50。在此基础上研究了影响器件直流增益的一些因素：金属一半导体界面态对器件电流增益有一定的限制，调整基极和发射极电极之间的距离可以有效减小界面态对增益的影响；基区厚度也是影响电流增益的重要因素，通过改变基区厚度可以调节∥的值。本文还对器件的直流温度特性进行了讨论，证明了4H—SiCMSBJT具有在300℃以上高温工作的能力。最后介绍了器件电流增益随

3、时间的退化现象，用简单的理论解释了堆垛缺陷对电流输运的影响。利用二端口网络分析和s参数模型，本文还对MSBJT交流小信号特性进行了模拟，提取了器件截止频率厶、最高振荡频率允；。本文在器件模型建立、基本特性仿真等方面的工作对4H．SiCMSBJT的研究提供了一些理论依据，为进一步的实验奠定了基础。关键词：SiC肖特基接触金属一半导体双极晶体管电流增益交流小信号AbstractSiliconCarbide(SiC)haswideapplicationsinhightemperature，highfrequencyan

4、dhighradiationenvironmentbecauseofitssuperiorproperties，primarilyitswidebandgap，highcriticalbreakdownfield，excellentthermalconductivityandhighelectronsaturationdriftvelocity．Recentyears，bipolardevicesbasedonSiChavereceivedincreasingattention．Basedonthesuperio

5、rpropertiesof4H—SiCandthebasicstructureofNPNBipolarJunctionTransistors(BJTs)，anewMetal—SemiconductorBJTs(MSBJTs)isproposed，anditsbasiccharacteristicsareanalyzedwithnumericalsimulation．ThecurrenttransporttheoryofP-typeSchottkycontactisanalyzed，andtheforwardI—V

6、characteristicsoftwodifferentmetalSchottkybarrierdiodesaresimulated，whichlaythefoundationfortheresearchofMSBJT．ThestructureandphysicalmodelsapplicabletotheDCanalysisof4H-SiCMSBJTareestablishedtosimulatetheDCcharacteristics．Themodelproposedaboveaccuratelydescr

7、ibestheoperationalcharacteristicsofthedevice．SimulationresultshowsthatthedevicehasexcellentDCpropertiescharacteristicswiththecommon—emittercurrentgainBupto50．Basedontheanalysisabove，thekeyfactorstoinfluencethecurrentgainareinvestigated，includingMetal—Semicond

8、uctorinterfacestatesandthewidthofbase．Fromthesimulationresultsinhightemperature，itsabilityofoperatingabove300"Cisproved．Thedegradationofperformancewithincreasedtimeisalsointroducedandasim