Simulation Study on Single-Event Burnout Reliability of 900V 4H-SiC Quasi Vertical Double Diffused MOSFET

MOSFET 可靠性(半导体) 可靠性工程 材料科学 倦怠 计算机科学 电气工程 工程类 物理 晶体管 汽车工程 量子力学 功率(物理) 电压
作者
Jin-Ke Shi,Ying Wang,Xin-Xing Fei,Biao Sun,Yanxing Song,Yuqian Liu,Wei Zhang
出处
期刊:IEEE Access [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:13: 5023-5031 被引量:3
标识
DOI:10.1109/access.2024.3524391
摘要

In this work, the single-event burnout (SEB) performance and reasons of the proposed 900V SiC quasi-vertical double diffusion MOSFET with deepened drain (T-QVDMOSFET) are analyzed from the spatial distribution of physical quantities such as power density, lattice temperature and total current density by 2-D numerical simulation, and a SEB-hardened structure (TB-QVDMOSFET) with buried oxygen layer (BOX) and heavily doped N-type current expansion layer (CSL) inside the device is proposed. Simulation results indicate that when heavy-ion with linear energy transfer (LET) of 0.5pC/$\mu $m strikes the device, the primary cause of SEB in the SiC T-QVDMOSFET is the high transient current density and electric field at the trench gate corner. This phenomenon leads to increased power dissipation, resulting in excessive temperatures that ultimately cause thermal failure. The BOX and a heavily doped N-type CSL added in the SEB-hardened structure change the current flow path, and the transient current concentrated in the region is dispersed. This modification reduces the high current density and power dissipation at the trench corner, thereby significantly enhancing the device’s resistance to SEB. Compared to the original device, the SEB threshold voltage is increased from 270V to 478V, marking a 77% improvement.
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