宽禁带半导体碳化硅（SiC）材料是第三代半导体的典型代表之一，具有宽带隙、高饱和电子漂移速度、高临界击穿电场、高热导率等突出优点，能满足下一代电力电子装备对功率器件更大功率、更小体积和更恶劣条件下工作的需求，正逐步应用于电动汽车、太阳能发电、列车牵引设备、高压直流输电设备的功率电子系统领域。与传统硅功率器件相比，目前已实用化的SiC功率模块可降功耗50%以上，从而减少甚至取消冷却系统，大幅度降低系统体积和重量，因此SiC功率器件也被誉为带动“新能源革命”的“绿色能源”器件。

功率金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor, MOSFET）在高速大功率领域中被广泛使用。在传统桥式整流器电路中，SiC MOSFET常常反并联一个肖特基势垒二极管（Schottky barrier diode, SBD）用于反向续流，从而避免双极退化效应。然而，外部并联的SBD不可避免地增加了封装成本和杂散电感，从而使得器件开关特性退化。因此，在SiC MOSFET体内集成SBD来改善反向导通特性和开关特性备受关注。

电子科技大学张波、罗小蓉教授团队多年来致力于功率半导体器件的研究，近年来集中于探索SiC功率器件新结构的研究。在国家自然科学基金重点项目、国家科技重大专项子课题和国家重点研发计划资助下，课题组成功设计和研制出1200V/10A-1700V/5A功率MOSFET器件，均获得优良的电学特性。最近，罗小蓉教授提出了一种集成肖特基势垒二极管的槽栅SiC MOSFET（S-TMOS），器件结构如图1所示。结构的主要特征在于集成了一个肖特基结用于反向续流，P型保护区和肖特基金属与源极相连。MOSFET正向导通时，肖特基结处于反偏状态，正向电流全部流经沟道；反向续流时，由于肖特基二极管的开启电压小于PN结 （P-Body/N-Drfit 结）二极管，因此集成的肖特基二极管先于体二极管导通，电流流经肖特基结，续流损耗和反向恢复损耗因此大大降低。仿真结果表明，该结构较传统结构相比，反向导通电压和反向恢复电荷分别降低了44%和82%。

在电力电子占据了全球总市场高份额的今天，功耗的降低显得尤为重要。本文给出了SiC功率MOSFET器件在反向续流应用中的一种新结构设计思路，这对于进一步实现器件低功耗设计与应用具有重要意义。

图1. S-TMOS结构图。

4H-SiC trench MOSFET with an integrated Schottky barrier diode and L-shapedP+ shielding region

Xiaorong Luo, Ke Zhang, Xu Song, Jian Fang, Fei Yang, Bo Zhang

J. Semicond. 2020, 41(10): 102801

doi: 10.1088/1674-4926/41/10/102801

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