A 3.3 kV SiC Semi-Superjunction MOSFET with Trench Sidewall Implantations

沟槽 MOSFET 材料科学 光电子学 碳化硅 工程物理 电气工程 工程类 电压 复合材料 晶体管 图层(电子)
作者
Marco Boccarossa,Kyrylo Melnyk,Arne Benjamin Renz,Peter Michael Gammon,Viren Kotagama,Vishal Ajit Shah,Luca Maresca,Andrea Irace,Marina Antoniou
出处
期刊:Micromachines [MDPI AG]
卷期号:16 (2): 188-188 被引量:3
标识
DOI:10.3390/mi16020188
摘要

Superjunction (SJ) technology offers a promising solution to the challenges faced by silicon carbide (SiC) Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors (MOSFETs) operating at high voltages (>3 kV). However, the fabrication of SJ devices presents significant challenges due to fabrication complexity. This paper presents a comprehensive analysis of a feasible and easy-to-fabricate semi-superjunction (SSJ) design for 3.3 kV SiC MOSFETs. The proposed approach utilizes trench etching and sidewall implantation, with a tilted trench to facilitate the implantation process. Through Technology Computer-Aided Design (TCAD) simulations, we investigate the effects of the p-type sidewall on the charge balance and how it affects key performance characteristics, such as breakdown voltage (BV) and on-state resistance (RDS-ON). In particular, both planar gate (PSSJ) and trench gate (TSSJ) designs are simulated to evaluate their performance improvements over conventional planar MOSFETs. The PSSJ design achieves a 2.5% increase in BV and a 48.7% reduction in RDS-ON, while the TSSJ design further optimizes these trade-offs, with a 3.1% improvement in BV and a significant 64.8% reduction in RDS-ON compared to the benchmark. These results underscore the potential of tilted trench SSJ designs to significantly enhance the performance of SiC SSJ MOSFETs for high-voltage power electronics while simplifying fabrication and lowering costs.
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