第三代半导体碳化硅（SiC）具有禁带宽度大、临界击穿电场强度高、热导率高、饱和载流子漂移速度大等特点，非常适合用于制造功率半导体器件。近年来随着大直径晶圆与高质量外延技术的成熟，SiC功率半导体器件呈现出快速发展的趋势。4H-SiC肖特基势垒二极管作为最早商用化的SiC功率半导体器件，具有近乎理想的反向恢复特性。与硅快恢复二极管（FRD）相比，4H-SiC肖特基势垒二极管工作频率更高、功耗更低，性能优势明显，在轨道交通、电动汽车、新能源发电等领域具有广阔的应用前景。然而，SiC肖特基势垒二极管是SiC功率半导体器件中的一种，也存在成本高的问题，性能优势不能完全弥补成本高的不足。鉴于此，缩小4H-SiC肖特基势垒二极管的芯片面积成为控制成本的主要途径之一。

西安市电力电子器件与高效电能变换重点实验室、西安理工大学蒲红斌教授课题组通过数值仿真与实验相结合的方法，研究了4H-SiC肖特基势垒二极管芯片正向电流的横向扩展问题，计算了600 V 4H-SiC肖特基势垒二极管芯片内的横向扩展电流，讨论了横向扩展电流对4H-SiC肖特基势垒二极管正向通流能力的影响，揭示了横向扩展电流占阳极正向电流比例随芯片尺寸缩小而增大的变化规律。研究结果显示，当4H-SiC肖特基势垒二极管芯片面积缩小至1.0 mm2时，横向扩展电流占总正向电流的比例超过50%。本研究结果对进一步提升4H-SiC肖特基势垒二极管设计方案，缩小芯片面积具有指导意义，对其他类型SiC功率半导体器件芯片的设计亦具有参考价值。

图 1. 4H-SiC肖特基势垒二极管。 (a) 电流横向扩展示意图。(b) 横向扩展电流密度(Jsp)与占正向电流比例(Psp)随阳极电压的变化。

Investigation of lateral spreading current in the 4H-SiC Schottky barrier diode chip

Xi Wang, Yiwen Zhong, Hongbin Pu, Jichao Hu, Xianfeng Feng, Guowen Yang

J. Semicond. 2021, 42(11): 112802

doi: 10.1088/1674-4926/42/11/112802

Full Text: http://www.jos.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-4926/42/11/112802?pageType=en

来源：半导体学报2021年第11期中文导读