Robust and Area Efficient 4H-SiC 1.2 and 3.3 kV Floating Field Ring (FFR) and Trench-FFR Termination Designs and Analysis

电气工程 钝化 计算机科学 浅沟隔离 材料科学 光电子学 物理 沟槽 工程类 纳米技术 图层(电子)
作者
Kyrylo Melnyk,Peter Michael Gammon,Arne Benjamin Renz,Quize Cao,Neophytos Lophitis,Marina Antoniou
标识
DOI:10.1109/ecce53617.2023.10362098
摘要

A robust and efficient termination is a crucial component of a high-power device, requiring careful design and calibration. Multiple techniques were demonstrated across the literature, such as FFRs, Junction Termination Extensions (JTEs), Trench-FFR (T-FFR) etc. Widely used FFR and JTE terminations have their limitations, such as large area consumption and doping dose sensitivity. Moreover, during prolonged stresses, the positive charge can occur at the oxide passivation interface, resulting in Electric Field (EF) perturbation and reduced Breakdown Voltage (BV). This paper presents the comparison between FFR and T-FFR structures for both 1.2 kV and 3.3 kV blocking, with the analysis and optimization for the positive charge accumulation. Without the influence of the positive charge, 1.2 kV/3.3 kV T-FFR reduces the area consumption by 28 % compared to FFR. Optimized T-FFR for charge immunity, designed for 1.2kV reduces area consumption by 20.5 % and for 3.3kV by 27 %, while outperforming 3.3kV FFR in blocking efficiency with charge densities higher than 6x10 12 cm -2 at the oxide interface.

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