( Å Ò) s Þ ÔR / ÷, Ø æ· ¡ ¤ 363-911
¤) Ö <<
ë H @ / < Æ § & ñ Ð: x / B N < ÆÂ Ò, Ø æ z 336-708
» ö ¶ B~ ç ¡
×
æ Â Ò@ / < Æ § & ñ Ð: x < Æõ , Ø æ z 321-702 (2005¸ 10 Z 4 31{ 9 ~ Ã Î6 £ §)
SiC-SBD (silicon carbide schottky barrier diode) _ ¦ · ú o\ ¦ ² ú $ í l 0 A # · ú À Òp ³ o u ] X ½ + Ë7 á x é
ß ½ ¨ ¸ (edge termination)\ ¦ ° ú H SiC-SBD\ ¦ ] j # ½ Ó4 ¤ · ú : £ ¤$ í ` ¦ ¨ î % i . · ú À Òp ³ o u ] X
½
+ Ë7 á x é ß ½ ¨ ¸ \ O H SiC-SBD _ ½ Ó4 ¤ · ú É r 250 V_ ± ú É r ½ Ó4 ¤ · ú : £ ¤$ í ` ¦ Í Ç xt ë ß , · ú À Òp
³ o
u × ¼a A ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H SiC-SBD _ ½ Ó4 ¤ · ú É r 700 V_ ½ Ó4 ¤ · ú : £ ¤$ í ` ¦ Í Ç x ¦, · ú À Òp ³ o u
>
] jô Ç_ ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H SiC-SBD H 1200 V& ñ ¸_ Z } É r ½ Ó4 ¤ · ú : £ ¤$ í ` ¦ Í Ç x . ½ Ó4 ¤ · ú : £ ¤$ í _
> h É r ® éà Ôv ] X 8 ú ¤ Å Ò0 A\ ¦ y ¦ e H · ú À Òp ³ o u × ¼a Aõ · ú À Òp ³ o u > ] jô Ç_ _ ô Ç ] X ½ + Ë7 á x é ß
´
òõ M :ë H Ü ¼ Ð Ò q ty ) a .
PACS numbers: 71.20.Nr, 73.40.Cg
Keywords: ò ø Í o½ © è, ® éà Ôv s ¸× ¼, ½ Ó4 ¤ · ú , ] X ½ + Ë7 á x é ß ½ ¨ ¸
I. " e  ] Ø
@
/Â Òì r _ § 4 r Û ¼% 7 6 £ x6 x \ H z ´o B H (Si)` ¦ l ì
ø ÍÜ ¼ Ð H § 4 è @ /Â Òì r 6 x ÷ &# Q M ® o t ë ß , Si_
° ú
¦ e H F « Ñ& h : £ ¤$ í M :ë H \ è : £ ¤$ í É r _ ô Ç> \
Ø Ô ¦ e . s Qô Ç ' a& h \ " f Si Ð é ß é ß ¦, V , É r
½ × ¼ Ì s, Ä ºÃ ºô Ç l & h , \ P & h , o < Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ ° ú ¦ e H ò
ø Í o½ © è (SiC) H [ j@ / ì ø Í ¸^ F « Ñ Ð+ ´ ú § É r ' a d ` ¦ Ô
¦ Q{ 9 Ü ¼v ¦ e [1,2]. : £ ¤ y , SiC_ s 1 l x ¸ H Si Ð
20 %& ñ ¸ ± ú t ë ß Z } É r ½ Ó4 ¤ > (2 - 4 × 10
6V/cm), Z
} É r í o5 Å q ¸ (2.7 × 10
7cm/s), Ä ºÃ ºô Ç \ P ¸ ¸ (3 - 5 W/cm
◦C) : £ ¤$ í ` ¦ ° ú ¦ e l M :ë H \ ¦ § 4 , ¦ Å
Ò è F « Ñ Ð" f ; ¤ V , É r 6 £ x6 x s l @ /÷ & ¦ e [3-6]. ¢ ¸ô Ç, SiC\ ¦ ® éà Ôv s ¸× ¼ F « Ñ Ð s 6 x ½ + É â Ä º, 100 C & ñ ¸_ Z } É r ½ ¨1 l x § 4 õ 10C & ñ ¸_ Z } É r ½ Ó4 ¤
· ú
: £ ¤$ í ÷ r ë ß m , \ x 8 £ x ¿ ºa \ ¦ 10 C & ñ ¸ · û ª> ½ + É Ã
º e ¦, ¸i ç 0 l x ¸\ ¦ 100 C & ñ ¸ 7 £ x r ~ ´ Ã º e Ü ¼ 9 è
ß ¼l ¸ & ³$ > × ¦{ 9 Ã º e .
∗
E-mail: [email protected]
ô
Ǽ # , ] X ½ + Ë7 á x é ß (Edge Termination) ½ ¨ ¸ × æ \
> ] jô Ç_ (FLR; field limiting ring) ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H SiC-SBD H 1200 V s © _ ¦ · ú : £ ¤$ í ` ¦ Ð ¦ ¦ e t
ë ß , s : r Å Ò{ 9 / B N& ñ s 4 ¤ ¸ ú ¦ q 6 x s ´ ú §s × ¼ H é ß
&
h s e [7-9]. : r ½ ¨\ " f H s : r Å Ò{ 9 / B N& ñ ` ¦ @ /^
½
+ É Ã º e H @ /î ß Ü ¼ Ð III-7 á ¤ " é ¶ è × æ \ · ú À Òp
³
o u (Al; aluminum) Ü ¼ Ð ] X ½ + Ë7 á x é ß ½ ¨ ¸\ ¦ + þ A$ í # SiC- SBD (silicon carbide schottky barrier diode) _ ½ Ó4 ¤ · ú :
£ ¤$ í ` ¦ ¸ % i . SiC-SBD_ ½ Ó4 ¤ · ú : £ ¤$ í É r ] X ½ + Ë 7
á
x é ß ½ ¨ ¸\ ß ¼> _ > rÙ þ ¡Ü ¼ 9, · ú À Òp ³ o u > ] jô Ç _
½ ¨ ¸ (Al guard ring-assisted FLR)\ ¦ ° ú H SiC-SBD
H Ä ºÃ ºô Ç ½ Ó4 ¤ · ú : £ ¤$ í ` ¦ Í Ç x .
II. ÷ m Ç ] M ö
Fig. 1 É r F K5 Å q × ¼a A ½ ¨ ¸ x 9 F K5 Å q > ] jô Ç_ ½ ¨
¸\ ¦ ° ú H SiC-SBD _ > h| Ä Ì ¸\ ¦ · p כ s . Fig.
1(a) ü < (b)\ " f Ð H ü < ° ú s , F K5 Å q × ¼a A (metal guard ring) ½ ¨ ¸ SiC-SBD H H è× ¼ (cathode), SiCl ó
ø Í, \ x 8 £ x (blocking layer), ¸× ¼ (anode), · ú À Òp ³ o u
-468-
Fig. 1. (a) Plan view and (b) cross-sectional schematic diagrams of the SiC-SBD with Al guard ring-assisted structure. (c) Plan view and (d) cross-sectional schematic diagrams of the SiC-SBD with Al guard ring- assisted FLR structure.
× ¼a A (guard ring) ½ ¨ ¸ Ð ½ ¨$ í ÷ &# Q e . SiC-SBD
\
¦ ] j l 0 A # 4H n
+- SiC l ó ø Í0 A\ 12 µm ¿ º a
_ | 9 è (nitrogen) ¸i ç ) a n
−\ x 8 £ x` ¦ ° ú H { 9 : r Sixon _ J ?s ( \ ¦ 6 x % i . SiCl ó ø Í_ q $ ½ Ó É r 0.01 - 0.05 Ω - cm, s ß ¼ Ð s á Ô x 9 ¸ (micropipe density) H 50 > h/cm
2s s ¦ \ x 8 £ x _ ¸i ç 0 l x ¸ H 5 × 10
15cm
−3s . ¸× ¼ H 6 µm ; ¤` ¦ ° ú H · ú À Òp ³ o u
×
¼a Aõ 3 µm × æ^ o ?÷ &# Q e . F K5 Å q × ¼a A ½ ¨ ¸_ SiC- SBD _ è ß ¼l H 500 × 500 µm
2s ¦, À Óx 9 ¸ H 200 A/cm
2÷ & ¸2 ¤ [ O > % i . ¢ ¸ô Ç, Fig. 1(c)ü < (d)\ " f
Ð H ü < ° ú s , F K5 Å q > ] jô Ç_ ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H SiC-SBD
H H è× ¼, SiCl ó ø Í, \ x 8 £ x , ¸× ¼, · ú À Òp ³ o u × ¼a A,
· ú
À Òp ³ o u > ] jô Ç_ ½ ¨ ¸ Ð ½ ¨$ í ÷ &# Q e . ¸× ¼ H
× ¼a A ½ ¨ ¸ü < 1 l x{ 9 > 6 µm ; ¤` ¦ ° ú H · ú À Òp ³ o u
×
¼a Aõ 3 µm × æ^ o ?÷ &# Q e ¦, Õ ª Å Ò0 A\ Æ Ò& h Ü ¼ Ð ; ¤ 3 µm _ > ] jô Ç_ 1.5 µm ç ß Ü ¼ Ð 7> h Ñ ü t Q4 R e
. F K5 Å q > ] jô Ç_ ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H SiC-SBD _ è ß ¼l
H 500 × 500 µm
2s ¦, À Óx 9 ¸ H 200 A/cm
2÷ & ¸ 2
¤ [ O > % i .
· ú
À Òp ³ o u × ¼a Aü < · ú À Òp ³ o u > ô Ç_ ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú
H SiC-SBD ] j í H " f H 6 £ § õ ° ú . J ?s ( \ ¦ [ j& ñ ô Ç Ê
ê\ í Ðo èÕ ª x , c 7 £ x à Ìl Õ ü t (electron beam evaporation)\ ¦ s 6 x # F K5 Å q ] X ½ + Ë7 á x é ß ½ ¨ ¸\ ¦ + þ A$ í l
0 Aô Ç · ú À Òp ³ o u` ¦ 50 ˚ A7 £ x Ã Ì % i . ] X ½ + Ë7 á x é ß ½ ¨ ¸_
´
òõ \ ¦ % 3 l 0 A # · ú À Òp ³ o u` ¦ 7 £ x à Ìô Ç Ê ê RTP (rapid
Fig. 2. (a) Plan-view SEM image and (b) high-resolution plan-view SEM image of the SiC-SBD with Al guard ring-assisted FLR structure.
thermal process) © u Ð Ø Ô 4 H (Ar)ì r 0 Al , 1000
◦C \
"
f 10ì r ç ß ` ¦ \ P % o % i . SiC \ x 8 £ x 5 Å q Ü ¼ Ð · ú À Òp
³
o u " é ¶ _ S X í ß ` ¦ 8 ú ¤ r v l 0 A # 0 p x ô Ç Z } É r : r ¸
\
" f \ P % o H כ s | Ã Ðf t ë ß , RTP_ $ í 0 p x ô Ç> M
:ë H \ : r ½ ¨\ " f H 1000
◦C \ " f \ P % o % i .
s
Ê ê, c 7 £ x Ã Ì © q \ ¦ s 6 x # SiCl ó ø Í z ´ » \ Ni (1500 ˚ A)/Ti (300 ˚ A) ¸b F K5 Å q` ¦ 7 £ x Ã Ì ¦ RTP © u
` ¦ s 6 x # | 9 èì r 0 Al , 900
◦C _ : r ¸\ " f 90 í ç
ß \ P % o ô Ç Ê ê, F K5 Å q ³ ð _ í ß o\ ¦ ~ ½ Ót l 0 A # Ti (50˚ A)/Au (3000 ˚ A)` ¦ Æ Ò Ð 7 £ x Ã Ì % i . ® éà Ôv F G ( ¸× ¼)` ¦ + þ A$ í l 0 A # Ni (1500 ˚ A)/Al (5000 ˚ A)` ¦ 7
£
x Ã Ì % i . ¸b ] X 8 ú ¤ : £ ¤$ í É r è _ í H ~ ½ Ó ¾ Ó · ú y ©
\
% ò ¾ Ó` ¦ p u Ù ¼ Ð 0 p x ô Ç ¸b ] X 8 ú ¤ $ ½ Ó` ¦ ± ú Æ Ò H כ s
× æ כ ¹ .
Fig. 2 H ] j ) a · ú À Òp ³ o u > ] jô Ç_ ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H Si C-SBD _ Å Ò & ³p â (SEM; scanning electron mi- croscope) s . · ú À Òp ³ o u > ] jô Ç_ ½ ¨ ¸ H \ P % o
Ê ê\ ¸ # Q* ô Ç < H © \ O s L : F M > Ä »t ) a כ ` ¦ ^ ¦ Ã º e
. ] j ) a SiC-SBD _ l & h : £ ¤$ í É r J v f ç ÷ &t · ú §
É r } 9 © I \ " f 3M HC-40 ] X Ó o\ { HP-4156 Semi- conductor Parameter Analyzer ü < Tektronix-310 Curve Tracer\ ¦ s 6 x # ¨ î ÷ &% 3 .
III. + s ÇÊ Ý õ m Í º8 ý
0 p x ô Ç ¸ H % ò % i \ " f 6 £ x6 x| ¨ c à º e H SiC-SBD\ ¦ ] j
l 0 AK " f H 0 p x ô Ç ± ú É r í H ~ ½ Ó ¾ Ó 1 l x · ú õ 0 p x ô
Ç Z } É r ½ Ó4 ¤ · ú ` ¦ ² ú $ í # ô Ç . { 9 ì ø Í& h ® éà Ôv
s ¸× ¼ H \ x 8 £ x 0 A\ 7 £ x à Ì÷ &# Q e H ® éà Ôv F K5 Å q, ] X
½
+ Ë7 á x é ß ½ ¨ ¸, ¦0 l x ¸ ¸i ç ) a l ó ø Íõ Õ ª z ´ » \ + þ A$ í ) a
¸b F G` ¦ í < Êô Ç . \ x 8 £ x _ ¸i ç 0 l x ¸ x 9 ¿ ºa H \ x
8 £ x _ $ ½ Óõ s ¸× ¼_ ½ Ó4 ¤ · ú \ H % ò ¾ Ó` ¦ p 2 ;
. { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð, ¸i ç 0 l x ¸ ± ú ¦ / B N 9 8 £ x _ ¿ ºa ¿ º Ö
¦ Ã º2 ¤ ½ Ó4 ¤ · ú É r Z } t ¦, / B N 9 8 £ x _ % ò % i ` ¦ S X ©
Fig. 3. FLR width and (b) FLR space dependences of breakdown voltage characteristics for the FLR-assisted SiC-SBD simulated by the two-dimensional SIVACO ATLAS simulator.
l
0 AK " f H ¸i ç 0 l x ¸\ ¦ ± ú 2 X t ë ß \ x 8 £ x _ ¸i ç 0
l
x ¸ ± ú Ü ¼ í H ~ ½ Ó ¾ Ó 1 l x · ú s 7 £ x Ù ¼ Ð n s Û ¼ _
6 x ¸\ ´ ú > \ x 8 £ x _ ¿ ºa x 9 ¸i ç 0 l x ¸\ ¦ & ñ #
ô Ç . ¢ ¸ô Ç, ] X ½ + Ë7 á x é ß ½ ¨ ¸\ % 3 ` ¦ Ã º e H ½ Ó 4
¤ · ú s Ø Ôl M :ë H \ \ x 8 £ x _ þ j è ¿ ºa H Ó ü t : r, ¸ i ç
0 l x ¸ H 3 l q ³ ð ½ Ó4 ¤ · ú x 9 G 6 x ) a ] X ½ + Ë7 á x é ß ½ ¨ ¸\
& ñ ÷ &# Q4 R ô Ç . \ V\ ¦ [ þ t , G 6 x ) a ] X ½ + Ë7 á x é ß ½ ¨ ¸
FP (field plate)½ ¨ ¸ í ß o} ¿ ºa 7000 ˚ A{ 9 M :, 1200 V _ 3 l q ³ ð ½ Ó4 ¤ · ú (s © & h ½ Ó4 ¤ · ú _ 80 %)` ¦ % 3 l
0 Aô Ç \ x 8 £ x _ ¿ ºa x 9 ¸i ç 0 l x ¸ H y y 12 um, 3 × 10
15cm
−3s t ë ß , > ] jô Ç_ ½ ¨ ¸\ ¦ 6 x \ x 8 £ x _
¿ ºa x 9 ¸i ç 0 l x ¸ H y y 9.5 um, 1.1 × 10
16cm
−3 Ð
ô Ç . Õ ª Q FP½ ¨ ¸\ " f H í ß o} ¿ ºa ½ Ó4 ¤ · ú _
× æ כ ¹ô Ç Ã º ì ø Í , > ] jô Ç_ ½ ¨ ¸\ " f H > ] j ô
Ç_ _ ; ¤ õ , ç ß , Ã º, s : r Å Ò{ 9 0 l x ¸ ½ Ó4 ¤ · ú _ × æ כ
¹ô Ç Ã ºs l M :ë H \ í ß o} ¿ ºa x 9 > ] jô Ç_ ½ ¨ ¸
\
\ x 8 £ x _ ¿ ºa x 9 0 l x ¸ ½ + É כ s .
Fig. 3 É r > ] jô Ç_ ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H SiC-SBD _ > ] j ô
Ç_ _ ; ¤ x 9 > ] jô Ç_ s _ ç ß \ @ /ô Ç ½ Ó4 ¤ · ú _
> r$ í ` ¦ · p כ s . 1200 V/ å L _ SiC-SBD\ ¦ ] j
l 0 A # SiCl ó ø Í 0 l x ¸ H 5 × 10
18cm
−3, \ x 8 £ x _
\
x ¿ ºa x 9 ¸i ç 0 l x ¸ H y y 12 µm, 3 × 10
15cm
−3,
\
x 8 £ x \ · ú À Òp ³ o u _ s : r Å Ò{ 9 U ·s x 9 s : r Å Ò{ 9 0 l x ¸
H y y 0.5 µm, 7.5 × 10
17cm
−3_ Ó ü t| 9 Ã º\ ¦ & h 6 x
%
i ¦ SILVACO ATLASs 6 x # 2 " é ¶ r Ó ý t Y Us ` ¦ z ´ r
% i . Fig. 3(a)\ " f Ð H ü < ° ú s , ® éà Ôv ] X 8 ú ¤ Â Ò
H \ > ] jô Ç_ ½ ¨ ¸\ ¦ + þ A$ í r & º ¡ § Ü ¼ Ð+ ® éà Ôv ] X 8
ú
¤ © o \ | 9 × æ ÷ &% 3 ~ > µ 1 ÚÜ ¼ Ð V , > ( 4 R ¢ - a
o÷ & H כ ` ¦ · ú Ã º e ¦, ¢ - a o ) a > Ð # ® éà Ôv ] X
8 ú ¤ © o \ | 9 × æ ÷ &% 3 ~ À Ó S X í ß ÷ &> H d Ü ¼ Ð+
½ Ó4 ¤ · ú s 7 £ x > ) a . s Qô Ç ´ òõ H FP ½ ¨ ¸_ ] X
½
+ Ë7 á x é ß ½ ¨ ¸ü < Ä » [11]. SiC-SBD_ ½ Ó4 ¤ · ú É r
>
] jô Ç_ _ ; ¤ x 9 > ] jô Ç_ s _ ç ß \ ß ¼> _ > r
H כ ` ¦ · ú Ã º e (Fig. 3(b)ü < (c)). > ] jô Ç_ s
_ ç ß ` ¦ 2 µm Ü ¼ Ð ¦& ñ ¦ > ] jô Ç_ _ ; ¤` ¦ 7 £ x
r v SiC-SBD_ ½ Ó4 ¤ · ú É r > h ÷ & 9 > ] jô Ç_
_
; ¤ s 5 µm { 9 M : þ j@ / 2000 V (s © & h ½ Ó4 ¤ · ú _
99 %)_ ½ Ó4 ¤ · ú ` ¦ % 3 ` ¦ Ã º e 6 £ §` ¦ · ú Ã º e . ì ø Í
Fig. 4. I-V characteristics of the SiC-SBDs with different metal edge termination structure.
\ > ] jô Ç_ _ ; ¤` ¦ 3 µm Ü ¼ Ð ¦& ñ r v ¦ > ] j ô
Ç_ s _ ç ß ` ¦ 7 £ x r v SiC-SBD_ ½ Ó4 ¤ · ú É r y
èô Ç H כ ` ¦ · ú Ã º e . > ] jô Ç_ _ ; ¤ s 3 µm,
> ] jô Ç_ s _ ç ß ` ¦ 2 µm Ü ¼ Ð Ù þ ¡` ¦ M : SiC-SBD _
½ Ó4 ¤ · ú É r > ] jô Ç_ Ã º\ ß ¼> _ > r 9, > ] j ô
Ç_ _ à º 5> h Ò' H ½ Ó4 ¤ · ú s í o÷ & H & ³ © ` ¦ µ 1 Ï
|
½ + É Ã º e (Fig. 3(d)). Õ ª Q s ¸× ¼_ ø @$ í x 9
à ºÖ ¦` ¦ S X Ð l 0 AK " f H > ] jô Ç_ _ ; ¤ x 9 ç ß
÷
r ë ß m , > ] jô Ç_ Ã º\ e # Q" f ¸ # QÖ ¼ & ñ ¸
`
¦ ° ú ¦ [ O > H כ s | Ã Ðf ½ + É כ s .
®
éà Ôv s ¸× ¼_ í H ~ ½ Ó ¾ Ó · ú y © H Å Ò Ð ® éà Ôv F K 5
Å
q Ü ¼ Ð 6 x ÷ & H F K5 Å q- ì ø Í ¸^ ç ß _ © # 4 Z } s ($ · ú % ò
%
i )ü < s ¸× ¼_ 1 l x $ ½ Ó ( ¦ · ú % ò % i )\ _ #
&
ñ ) a . í H ~ ½ Ó ¾ Ó1 l x · ú ` ¦ ± ú Æ Òl 0 AK " f H SiC l ó ø Í, H
è× ¼ ] X 8 ú ¤ $ ½ Ó, ¸× ¼ ] X 8 ú ¤ $ ½ Óõ ° ú É r l Ò q t$ ½ Ó $ í ì
r` ¦ ± ú 2 X ë ß ô Ç . ¢ ¸ô Ç, ® éà Ôv s ¸× ¼ H % i ~ ½ Ó ¾ Ó
¾
º[ O À Ó\ B Ä º 2 [ ¦, s Qô Ç s ¸× ¼_ ¾ º[ O À
Ó ½ Ó4 ¤ · ú ` ¦ & ñ H Å Òכ ¹ s ÷ &Ù ¼ Ð ½ Ó4 ¤ · ú ` ¦ Z
} s l 0 AK " f H ¾ º[ O À Ó\ ¦ ± ú 2 X ë ß ô Ç . ¾ º[ O À Ó
\
ß ¼> % ò ¾ Ó` ¦ p u H כ Ü ¼ Ð H > | 9 × æ o (current crowding) x 9 & ñ < Ê` ¦ [ þ t à º e .
Fig. 4 H " f Ð É r F K5 Å q ] X ½ + Ë7 á x é ß ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H SiC- SBD \ @ /ô Ç À Ó- · ú : £ ¤$ í ` ¦ · p כ s . í H ~ ½ Ó ¾ Ó
À Ó- · ú : £ ¤$ í É r ] X ½ + Ë7 á x é ß ½ ¨ ¸_ Ä »Á º\ ' a > \ O s + þ
A& h SiC-SBD_ : £ ¤$ í / B G ` ¦ Ð# Å Ò ¦ e ¦, y y _ SiC-SBD _ í H ~ ½ Ó ¾ Ó 1 l x · ú \ H Ä »_ \ O H כ ` ¦
· ú
à º e . À Ó- · ú / B G Ü ¼ РÒ' > í ß ) a F K5 Å q- ì ø Í ¸
^
ç ß _ ® éà Ôv F K5 Å q _ © # 4 Z } s H ∼ 1.46 eV s ¦ s
© > Ã º H 1.12s . s Qô Ç õ H F K5 Å q- ì ø Í ¸^ ç ß _
®
éà Ôv ] X 8 ú ¤ s ª ñ > + þ A$ í ¿ H כ ` ¦ _ p ô Ç [3].
Fig. 5. SEM images of the Al guard ring-assisted FLR SiC-SBDs destroyed at (a) a low reverse voltage and (b) a high reverse voltage.
SiC-SBD _ turn-on · ú É r 1.2 V s ¦ 0.1 A\ " f_ í H ~ ½ Ó
¾ Ó 1 l x · ú É r 2V, Õ ªM : í H ~ ½ Ó ¾ Ó 1 l x $ ½ Ó É r 5 mΩ - cm
2s
. Fig. 4\ " f Ð H ü < ° ú s , ] X ½ + Ë7 á x é ß ½ ¨ ¸\ ¦ í < Ê
t · ú § H SiC-SBD H @ /Â Òì r 250 V ( s © & h ½ Ó4 ¤ · ú _
12 %)p ë ß \ " f ½ Ó4 ¤ · ú : £ ¤$ í ` ¦ ? / 9, · ú À Òp ³ o u
× ¼a A ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H SiC-SBD H q §& h Z } É r 700 V Ê ê ( s © & h ½ Ó4 ¤ · ú _ 34 %)_ ½ Ó4 ¤ · ú : £ ¤$ í ` ¦ ? / ¦ e
. · ú À Òp ³ o u × ¼a A ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H SiC-SBD _ ½ Ó4 ¤
· ú
: £ ¤$ í É r \ P % o r ç ß x 9 \ P % o : r ¸\ ¦ 7 £ x r ( \
ß ¼> > h ÷ &% 3 . s Qô Ç õ H \ P % o r ç ß x 9 : r
¸\ ¦ 7 £ x r ( \ F K5 Å q- ì ø Í ¸^ ç ß _ l & h © # 4 ` ¦ + þ A$ í r
& º ¡ § Ü ¼ Ð+ ] X ½ + Ë7 á x é ß ´ òõ (current blocking) z
¤l M :ë H s ¦ Ò q ty ) a .
· ú
À Òp ³ o u > ] jô Ç_ ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H SiC-SBD H + þ A& h
% i ~ ½ Ó ¾ Ó À Ó- · ú : £ ¤$ í ` ¦ Ð# Å Ò ¦ e Ü ¼ 9 ¾ º[ O À Ó
H É r ] X ½ + Ë7 á x é ß ½ ¨ ¸\ q § # B Ä º ¦ 1200 V\
"
f ¾ º[ O À Ó H é ß t ∼ 95 µAs . s Qô Ç õ H · ú À Òp
³ o
u > ] jô Ç_ ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H SiC-SBD _ ½ Ó4 ¤ · ú É r 1200 V s © (s © & h ½ Ó4 ¤ · ú _ 59 %)s H כ ` ¦ _ p 9, s
: r Å Ò{ 9 Ü ¼ Ð + þ A$ í ) a > ] jô Ç_ ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H SiC-SBD _
½ Ó4 ¤ · ú : £ ¤$ í õ | × ¦ à º e H Ä ºÃ ºô Ç : £ ¤$ í s ¦ [10], s
: r Å Ò{ 9 õ ° ú É r 4 ¤ ¸ ú ô Ç / B N& ñ \ O s ¸ · ú À Òp ³ o u 7 £ x à Ìõ
\ P
% o / B N& ñ ë ß Ü ¼ Ð > ] jô Ç_ \ ¦ + þ A$ í < ÊÜ ¼ Ð+ 1200 V /
å
L _ ¦ · ú SiC-SBD] j s 0 p x H כ ` ¦ · ú Ã º e
.
0
Aü < ° ú É r õ H > ] jô Ç_ \ ¦ + þ A$ í l 0 A # 9 כ
¹ô Ç s : r Å Ò{ 9 / B N& ñ ` ¦ ç ß é ß ô Ç F K5 Å q7 £ x Ã Ì / B N& ñ Ü ¼ Ð @ /^
½
+ É Ã º e H כ ` ¦ _ p Ù ¼ Ð ¦ · ú SiC-SBD] j \
@
/é ß y Ä »6 x ½ + É כ Ü ¼ Ð l @ / ) a . Õ ª Q F K5 Å q > ] jô Ç _
½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H SiC-SBD _ ½ Ó4 ¤ · ú : £ ¤$ í ` ¦ Ð > h r
v l 0 AK " f H > ] jô Ç_ _ ; ¤, ç ß x 9 à º÷ r ë ß m
, F K5 Å q7 á x À Ó x 9 \ P % o ¸| \ É r ½ Ó4 ¤ · ú _ > r$ í
½
¨ 9 כ ¹½ + É כ s .
Fig. 5 H ½ Ó4 ¤ s { 9 # Qè ß · ú À Òp ³ o u > ] jô Ç_ ½ ¨ ¸\ ¦
° ú
H SiC-SBD \ @ /ô Ç Å Ò & ³p â s . SiC-
SBD H y © ] j Ð ½ Ó4 ¤` ¦ { 9 Ü ¼& ® éà Ôv F K5 Å q` ¦ ] j ô Ç Ê ê
à
Ôv ] X 8 ú ¤ % ò % i ? /\ " f ¾ º[ O À Ó â Ð\ ¦ S X ½ + É Ã º e
. ì ø Í \ , Fig. 5(b)ü < ° ú s , Z } É r · ú \ " f ½ Ó4 ¤` ¦ { 9 Ü
¼ è _ â Ä º, ® éà Ôv ] X 8 ú ¤ % ò % i \ " f H ¾ º[ O À Ó_
â
Ð\ ¦ ' a8 £ ¤ ½ + É Ã º \ O ¦, > ] jô Ç_ % ò % i _ ¸" fo Â Ò H ë
ß s < H © ) a כ ` ¦ ' a8 £ ¤ ½ + É Ã º e .
Õ
ª QÙ ¼ Ð · ú À Òp ³ o u > ] jô Ç_ ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H SiC-SBD
½ Ó4 ¤ כ ¹ É r ß ¼> ¿ º t Ð ß ¼> Ð ü t à º e . ' Í P :, SiC J ?s ( _ s ß ¼ Ð s á Ô & ñ < Ê\ _ ô Ç כ s
¦, Ñ ü t P :, ® éà Ôv ] X 8 ú ¤% ò % i © o _ > | 9 × æ o & ³ ©
\
_ ô Ç > ] jô Ç_ _ õ \ _ ô Ç כ s . { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð
© @ /& h Ü ¼ Ð ± ú É r · ú \ " f { 9 # Q H ½ Ó4 ¤ & ³ © É r SiC J ? s
( _ s ß ¼ Ð s á Ô \ x _ & ñ < Ê\ _ ô Ç כ s
¦, ½ Ó4 ¤` ¦ { 9 Ü ¼ è _ > ] jô Ç_ % ò % i \ " f H # Q
*
ô Ç < H © ¸ µ 1 Ï| ½ + É Ã º \ O ¦ ® éà Ôv ] X 8 ú ¤% ò % i \ " f ¾ º[ O
À Ó_ â Ð\ ¦ µ 1 Ï| ½ + É Ã º e . Õ ª Q © @ /& h Ü ¼ Ð Z } É r
· ú \ " f { 9 # Q H ½ Ó4 ¤ É r ® éà Ôv ] X 8 ú ¤ © o Å Ò0 A\
> | 9 × æH d Ü ¼ Ð+ À Ó| 9 × æ o (current crowding)\ _
ô Ç > ] jô Ç_ _ õ \ É r ½ Ó4 ¤ s . Õ ª QÙ ¼ Ð Z }
É
r ½ Ó4 ¤ · ú ` ¦ % 3 l 0 AK " f H > ] jô Ç_ + þ A$ í ¸| x 9
½
¨ ¸\ ¦ þ j& h or & ¸× ¼ (® éà Ôv ] X 8 ú ¤) © o \ À
Ó| 9 × æ` ¦ ¢ - a or & À Ó S X í ß s 6 x s ¸2 ¤ H כ ÷ r ë ß
m , SiC J ?s ( \ > r F H s ß ¼ Ð s á Ô x 9 ¸_
$
y x 9 \ x 8 £ x _ & ñ < Ê $ y r & ¸× ¼ % ò % i \ " f { 9
# Q± ú Ã º e H ½ Ó4 ¤` ¦ % 3 ] j H כ s × æ כ ¹½ + É כ s .
IV. + s Ç Â ] Ø
¦ · ú SiC-SBD\ ¦ ² ú $ í l 0 A # ª ô Ç F K5 Å q ] X
½
+ Ë7 á x é ß ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H SiC-SBD\ ¦ ] j # ½ Ó4 ¤ · ú : £ ¤
$ í
` ¦ ¨ î % i . F K5 Å q ] X ½ + Ë7 á x é ß ½ ¨ ¸ \ O H SiC-SBD _
½ Ó4 ¤ · ú É r 250 V _ ± ú É r ½ Ó4 ¤ · ú : £ ¤$ í ` ¦ Í Ç xt ë
ß , · ú À Òp ³ o u × ¼a A ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú ¦ e H SiC-SBD _ ½ Ó4 ¤
· ú É r 700 V _ ½ Ó4 ¤ · ú , · ú À Òp ³ o u > ] jô Ç_ ½ ¨ ¸\ ¦
° ú
H SiC-SBD H 1200 V& ñ ¸_ Z } É r ½ Ó4 ¤ · ú : £ ¤$ í ` ¦
Í Ç x . 0 Aü < ° ú É r õ H > ] jô Ç_ ½ ¨ ¸\ ¦ ° ú H SiC- SBD\ ¦ ] j l 0 A # { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð 6 x H s : r Å Ò{ 9 /
B N& ñ @ / F K5 Å q7 £ x Ã Ì l Õ ü t` ¦ 6 x # ¸ ¦ · ú SiC-SBD
\
¦ ] j ½ + É Ã º e 6 £ §` ¦ _ p ô Ç . SiC-SBD_ ½ Ó4 ¤ & ³ © É r
SiC-SBD _ ½ Ó4 ¤ · ú : £ ¤$ í ` ¦ Z } s l 0 AK " f H SiC J ?s (
_ s ß ¼ Ð s á Ô < Ê` ¦ × ¦ s ¦, F K5 Å q > ]
jô Ç_ ½ ¨ ¸ x 9 + þ A$ í ¸| ` ¦ þ j& h or & ¸× ¼ © o
\ + þ A$ í ÷ & H À Ó| 9 × æ` ¦ ¢ - a or v H כ s × æ כ ¹ .
P
c p 8 ý ò k >
: r ½ ¨ H í ß \ O " é ¶ Â Ò [ j@ / l Õ ü t \ O “SiC ì ø Í
¸^ l Õ ü t > hµ 1 Ï \ O ”_ t " é ¶F K Ü ¼ Ð Ã º' ) a õ { 9 m .
Y
c p w à U Ø ô
[1] S. Sriram, R. Siergiej, R. Clarke, A. Agarwal and C.
Brandt, Phys. Stat. Solidi (a) 162, 441 (1997).
[2] C. Carter, J. Tsvetkov, R. Glass, D. Henshall, M.
Brady, S. Muller, O. Kordina, K. Irvine, J. Edmond, H. Kong, R. Singo, S. Allen and J. Palmour, Mater.
Sci. Eng. B 61, 1 (1999).
[3] R. Singh, J. Cooper, M. Michael and R. Melloch, IEEE Trans. Electron Device. 49, 665 (2002).
[4] K. Zhu, S. Dogan, Y. T. Moon, J. Leach, F. Yun, D.
Johnstone, H. Morkoc, G. Li and B. Ganguly, Appl.
Phys. Lett. 86, 261108 (2005).
[5] K. Ueno and Y. Seki, Appl. Phys. Lett. 70, 625 (1997).
[6] M. Arai, H. Honda, S. Ono, H. Sawazaki and M.
Ogata, Phys. Stat. Solidi (a) 86, 1 (2003).
[7] A. Itoh, T.Kimoto and H. Matsunami, IEEE Elec- tron Device Lett. 17, 139 (1996).
[8] T. Nakamura, T. Miyanagi, T. Jikimoto and H.
Tsuchida, IEEE Electron device Lett. 26, 99 (2005).
[9] J. Zhao, P. Alexandrov and X. Li, IEEE Electron Device Lett. 24, 402 (2003).
[10] Y. Negoro, T. Kimoto and H. Matsunami, Phys.
Stat. Solidi (a) 86, 44 (2003).
[11] S. J. Kim, D. J. Oh, S. C. Kim, W. Bang, S. J. Yu
and S. G. Kim, SAEMULLI 51, 169 (2005).
Breakdown Voltage Characteristics of SiC Schottky Barrier Diodes with Aluminum Edge-Termination Structures
Seong-Jin Kim,
∗Dong-Ju Oh, Young-Seok Choi, Chang-Yeon Kim and Shin Kim TSWELL Co., Ltd, ChungBuk 363-911
Soon-Jae Yu
Electrics Informations and Coumunication Engineering, Sunmoon University, ChungNam 336-708
Song-Gang Kim
Department of Information and Communication Software Engineering, ChungNam 312-702 (Received 31 October 2005)
This paper reports the fabrication of and gives a comparison of different planar edge-termination structures, including aluminum (Al) guard-ring-assisted and Al guard ring-assisted field-limiting ring (FLR) structures, on high-blocking-voltage 4H silicon-carbide (SiC) Schottky barrier diode (SBD). The guard-ring-assisted and the guard-ring-assisted FLR structures are fabricated by using Al metal deposition and thermal treatment techniques without an ion implantation procedure.
The breakdown voltage characteristics of the SiC-SBD are significantly improved with metal edge termination. The SiC-SBDs without metal edge termination show breakdown voltages of less than 250 V while the Al guard-ring-assisted structure and the Al guard ring-assisted FLR structure show breakdown voltages approximately 700 V and 1200 V, respectively. The improvement in the breakdown voltage characteristics is attributed to the effect of planar edge termination induced by the Al guard-ring-assisted structure or the Al guard-ring-assisted FLR structure surrounding the periphery of the Schottky contact.
PACS numbers: 71.20.Nr, 73.40.Cg
Keywords: SiC, SBD, Breakdown voltage, Edge termination
∗
