Considerations for SiC super junction MOSFET: On-resistance, gate structure, and oxide shield

MOSFET 材料科学 光电子学 平面的 栅氧化层 沟槽 电气工程 电压 工程类 纳米技术 计算机科学 晶体管 图层(电子) 计算机图形学(图像)
作者
Sihang Liu,Mingmin Huang,Maojun Wang,Meng Zhang,Jin Wei
出处
期刊:Microelectronics Journal [Elsevier BV]
卷期号:137: 105823-105823 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.mejo.2023.105823
摘要

SiC super junction (SJ-) MOSFETs have recently gained attention due to their potentially low on-resistance (RON). In this paper, we conduct TCAD numerical simulations to study SiC non-SJ-MOSFETs, planar-gate (P-) SJ-MOSFETs, and trench-gate (T-) SJ-MOSFETs with voltage levels ranging from 1.5 kV to 15 kV. We focus on the design considerations for SiC SJ-MOSFETs, including on-resistance, gate structure, and oxide shield. Our results reveal that SiC SJ-MOSFETs are suitable for higher voltage level applications (5.5 kV or beyond), unlike non-SJ-MOSFETs, which exhibit extremely high increasing drift resistance with voltage level. The simulations suggest that the T-SJ-MOSFET achieves lower RON than the P-SJ-MOSFET, mainly due to the narrower p/n pillar in the trench structure, rather than higher channel density. Additionally, it is necessary to fabricate a p-shield in the T-SJ-MOSFET to reduce the oxide field and increase the switching speed. While the gate structure (planar gate or trench gate) has been a focused research topic for non-SJ-MOSFETs, our study highlights the importance of considering the gate structure for SJ-MOSFET design as well.
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