The closed-form analytic solutions for the breakdown voltage of 6H-SiC RTD(silicon carbide reachthrough diode) having metal$-n^--n^+$ Schottky structure or $p^+-n^--n^+$, are successfully derived by solving impact ionization integral using an effective ionization coefficient. For the lightly doped n- epitaxial layer, the breakdown voltage of SiC RTD are nearly constant with the increased doping concentration while the breakdown voltages decrease for the heavily doped epitaxial layer.
본 논문에서는 실리콘 카바이드(silicon carbide)를 기반으로 한 tilt-implanted trench Schottky diode(TITSD)를 제안한다. 4H-SiC 트랜치 쇼트키 다이오드(trench Schottky diode)에 형성되는 트랜치 측면에 경사 이온주입(tilt-implantation)을 하여 소자가 역저지 상태(reverse blocking mode)로 동작 시 trench insulator가 모든 퍼텐셜(potential)을 포함하는 구조를 제안하고, 그 특성을 시뮬레이션을 통해 확인하였다. TITSD는 트랜치의 측면(sidewall)에 nitrogen을 $1{\times}10^{19}cm^{-3}$ 으로 도밍(doping) 하여 항복전압(breakdown voltage) 특성도 경사 이온주입을 하지 않았을 때와 같게 유지하면서 trench oxide insulator가 모든 퍼텐셜을 포함하도록 함으로써 termination area를 감소시켰다. 트랜치 깊이(trench depth)를 $11{\mu}m$로 깊게 하고 최적화된 폭(width)을 선택함으로써 2750V의 항복전압을 얻었고, 동급의 항복전압을 가진 가드링(guard ring) 구조보다 termination area를 38.7% 줄일 수 있다. 이에 대한 전기적 특성은 synopsys사의 TCAD simulation을 사용하여 분석하였으며, 그 결과를 기존의 구조와 비교하였다.
Han, Timothy Junghee;Preston, Jared;Ouwerkerk, David
Journal of Power Electronics
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제13권4호
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pp.584-591
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2013
In this paper, a hybrid booster power module with Si IGBT and Silicon Carbide (SiC) Schottky Barrier Diode (SBDs) is presented. The switching characteristics of the hybrid booster module are compared with commercial Silicon IGBT/Si PIN diode based modules. We applied the booster power module into a non-isolated on board vehicle charger with a simple buck-booster topology. The performances of the on-vehicle charger are analyzed and measured with different power modules. The test data is measured in the same system, at the same points of operation, using the conventional Si and hybrid Si/SiC power modules. The measured power conversion efficiency of the proposed on-vehicle charger is 96.4 % with the SiC SBD based hybrid booster module. The conversion efficiency gain of 1.4 % is realizable by replacing the Si-based booster module with the Si IGBT/SiC SBD hybrid boost module in the 6.6 kW on-vehicle chargers.
Kim, Hyoung Woo;Seok, Ogyun;Moon, Jeong Hyun;Bahng, Wook;Jo, Jungyol
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제13권1호
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pp.387-392
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2018
Static characteristics of SiC (silicon carbide) lateral p-i-n diodes implemented on semi-insulating substrate without an epitaxial layer are inVestigated. On-axis SiC HPSI (high purity semi-insulating) and VDSI (Vanadium doped semi-insulating) substrates are used to fabricate the lateral p-i-n diode. The space between anode and cathode ($L_{AC}$) is Varied from 5 to $20{\mu}m$ to inVestigate the effect of intrinsic-region length on static characteristics. Maximum breakdown Voltages of HPSI and VDSI are 1117 and 841 V at $L_{AC}=20{\mu}m$, respectiVely. Due to the doped Vanadium ions in VDSI substrate, diffusion length of carriers in the VDSI substrate is less than that of the HPSI substrate. A forward Voltage drop of the diode implemented on VDSI substrate is 12 V at the forward current of $1{\mu}A$, which is higher than 2.5 V of the diode implemented on HPSI substrate.
In this report, we firstly have investigated the electrical characteristics of silicon carbide (SiC) schottky barrier diode and compared the characteristics to those of conventional Si diode through simulation and experiment. Secondly we have investigated the influence of two kinds of diodes to the power conversion circuit of the systems. From the investigation results it is verified that SiC schottky barrier diode is more superior to Si diode in thermal and reverse recovery, characteristics, which are the important factors in the size reduction and higher reliability of the systems. Finally though the experiment applied to PFC(Power Factor Correction) circuits, we precisely verified excellency to thermal characteristic of SiC schottky barrier diode any other diode.
탄화규소(Silicon Carbide)는 와이드 밴드 갭 물질로써 실리콘(Si)에 비해 고전력, 고주파, 고온 소자용 반도체 물질로서 각광받고 있다. 탄화규소를 이용하여 만든 반도체 소자 중 특히 쇼트키 배리어 다이오드는 현재 가장 많이 사용되는 전력반도체 소자로써 스위칭 속도가 매우 빠르고 낮은 온저항 특성을 가지는 소자이다. 하지만 컨텍 엣지에서의 전계집중으로 인해 항복전압이 낮아지는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 다양한 엣지 터미네이션 기술이 제안되고 있는데, 본 논문에서는 최적의 항복전압을 갖기 위한 이중 필드 플레이트(Double Field Plate) 소자 구조를 제안하였다. 측정결과 제작한 소자는 온저항을 유지한 채 38% 향상된 항복전압을 나타내었다. 제안한 소자 특성 검증을 위해 소자를 설계 및 제작한 후 전기적 특성을 측정하였으며, 이중 필드 플레이트 구조는 길이와 두께가 서로 다른 필드 플레이트를 겹쳐 올림으로써 구현하였다.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제14권6호
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pp.697-705
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2014
A single chip Programmable AC to DC Power Converter, consisting of wide band gap SiC MOSFET and SiC diodes, has been proposed which converts high frequency ac voltage to a conditioned dc output voltage at user defined given power level. The converter has high conversion efficiency because of negligible reverse recovery current in SiC diode and SiC MOSFET. High frequency operation reduces the need of bigger size inductor. Lead inductors are enough to maintain current continuity. A complete electrical analysis, die area estimation and thermal analysis of the converter has been presented. It has been found that settling time and peak overshoot voltage across the device has reduced significantly when SiC devices are used with respect to Si devices. Reduction in peak overshoot also increases the converter efficiency. The total package substrate dimension of the converter circuit is only $5mm{\times}5mm$. Thermal analysis performed in the paper shows that these devices would be very useful for use as miniaturized power converters for load currents of up to 5-7 amp, keeping the package thermal conductivity limitation in mind. The converter is ideal for voltage requirements for sub-5 V level power supplies for high temperatures and space electronics systems.
Edge termination technique is essential fer the fabrication of high volage devices. A proper edge termination technique is also needed in the fabrication of Silicon Carbide power devices for obtaining a stable high blocking voltage properties. Among the many techniques, the field plate formation is the easiest one that can utilize it for commercial usage. The growth of thick thermal oxide is difficult for SiC, however. In this paper, 6A grade SiC schottky barrier diodes(SBD) were fabricated with field plate edge termination. The oxides which is field plate were formed various methods such as dry oxidation, 10% $N_2O$ nitrided oxidation and PECVD deposition. The reverse characteristics of the SiC SBD with various oxide field plate were investigated.
High temperature silicon carbide Schottky diode was fabricated with Au deposited on poly 3C-SiC thin film grown on p-type Si(100) using atmospheric pressure chemical vapor deposition. The charge transport mechanism of the diode was studied in the temperature range of 300 K to 550 K. The forward and reverse bias currents of the diode increase strongly with temperature and diode shows a non-ideal behavior due to the series resistance and the interface states associated with 3C-SiC. The charge transport mechanism is a temperature activated process, in which, the electrons passes over of the low barriers and in turn, diode has a large ideality factor. The charge transport mechanism of the diode was analyzed by a Gaussian distribution of the Schottky barrier heights due to the Schottky barrier inhomogeneities at the metal-semiconductor interface and the mean barrier height and zero-bias standard deviation values for the diode was found to be 1.82 eV and $s_0$=0.233 V, respectively. The interface state density of the diode was determined using conductance-frequency and it was of order of $9.18{\times}10^{10}eV^{-1}cm^{-2}$.
In this work, we investigate the effects of lithium doping on the electric performance of solution-processed n-type zinc tin oxide (ZTO)/p-type silicon carbide (SiC) heterojunction diode structures. The proper amount of lithium doping not only affects the carrier concentration and interface quality but also influences the temperature sensitivity of the series resistance and activation energy. We confirmed that the device characteristics vary with lithium doping at concentrations of 0, 10, and 20 wt%. In particular, the highest rectification ratio of $1.89{\times}107$ and the lowest trap density of $4.829{\times}1,022cm^{-2}$ were observed at 20 wt% of lithium doping. Devices at this doping level showed the best characteristics. As the temperature was increased, the series resistance value decreased. Additionally, the activation energy was observed to change with respect to the component acting on the trap. We have demonstrated that lithium doping is an effective way to obtain a higher performance ZTO-based diode.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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