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在功率半导体领域，碳化硅（SiC）MOSFET因其低功耗、高临界电场强度和优异的热导率，被广泛应用于新能源汽车、智能电网和轨道交通等高压高频场景。然而，如何在确保击穿电压（BV）的同时优化导通电阻（Ron），一直是行业亟待解决的难题。近日，复旦大学研究团队在这一领域取得重要突破。
据复旦大学研究团队透露，他们基于电荷平衡理论，通过对离子注入工艺的深度优化，成功设计并制备出正交结构和平行结构两种布局的1.7kV 4H-SiC电荷平衡辅助SiC MOSFET器件。实验数据显示，这两种新型器件在维持约2.0kV击穿电压的情况下，Ron分别降低了19.61%和38.06%。这一成果显著优化了漂移区电阻，同时未对器件的转移特性产生不良影响。
图源：论文首页截图
电荷平衡技术是解决高压功率器件性能优化的有效手段，但传统超结结构在碳化硅基器件制造中面临诸多挑战。由于碳化硅材料硬度高、离子注入损伤修复困难，传统工艺复杂且成本高昂，严重制约了高压SiC功率器件的产业化进程。复旦团队通过精确调控离子注入的能量、剂量和角度等关键参数，成功构建了独特的电荷分布，实现了局部电荷平衡效果。
图源：论文截图-图为器件结构示意图及注入结果仿真
TCAD仿真分析表明，新型器件在阻断状态下能够有效抑制漏致势垒降低效应，显著提升可靠性。此外，这些器件在高频工作场景中展现出更出色的频率响应特性，开关损耗明显降低，开关性能全面提升。