Silicon carbide high voltage devices

Geniş bant aralığı, yüksek kırılma elektrik alan kuvveti, yüksek taşıyıcı mobilitesi ve yüksek ısıl iletkenliği gibi üstün özelliklere sahip olan Silicon Carbide (SiC) malzemesi yüksek frekans, yüksek sıcaklık ve yüksek gerilim uygulamalarında Silicon (Si) ve Gallium Arsenide (GaAs) malzemelerine tercih edilmektedir.Düşük ters sızıntı akım, düşük ileri açılma gerilimi ve direnci, yüksek kırılma gerilimi ve farklı sıcaklıklarda yüksek performans SiC yüksek gerilim aygıtlarının tercih edilme sebeplerinin başlıcalarıdır. Anahtarlama hızı çok yüksek olmasıyla beraber PiN diyota nazaran yüksek sızıntı akıma Schottky diyotlar ve düşük sızıntı akımın yanısıra anahtarlama esnasında ters toparlanma yükü ve SiC malzemesinin geniş bant aralığı sebebiyle yüksek bileşke ileri gerilim düşmesi gösteren PiN diyotlar bilinen SiC yüksek gerilim aygıtlarının bazılarıdır.Bu tezde katkı konsantrasyonu 1015 ile 1016 cm-3 ve intrinsic tabakası kalınlığı 6 ile 20 ?m arasında değişen çeşitli SiC Schottky ve PiN epi tabakaları kullanılmıştır. İlk çalışma olarak 1mm çaplı ve intrinsic tabakası tüm yüklerden arındırılmış diyotların direnç ve kapasitans değerleri hesaplanmıştır. Kapasitans değerleri 100 pF dan, direnç değerleri ise 100 m? dan daha düşüktür. Ardından belirli bir ters gerilimde intrinsic tabakasının tüm yüklerden arınmış olmak zorunda olmadığı fikriyle diyotun C-V grafiği kullanılarak 50V ters gerilimde kapasitans değerleri hesaplanmıştır. Sonuç 106 pF çıkmıştır. Kırılma geriliminden daha düşük gerilimlerde en düşük kapasitans değerine ulaşılamamaktadır. Intrinsic tabakası tüm yüklerden arındırılmış diyotun kapasitans değeri bilgisi kırılma gerilimini buldurmaktadır. Bu değer Polonya büyütmesi SiC PiN epi tabakası için -3030V olarak hesaplanmıştır. İkinci çalışmada da 8.4*1015 cm-3 katkı konsantrasyonuna sahip Polonya büyütmesi SiC PiN epi tabakası kullanılmıştır. Diyot çapı 0.5 ile 3 mm arasında, intrinsic tabakası kalınlığı ise 6 ile 100 ?m arasında alınarak direnç ve kapasitans değerleri hesaplanmıştır. En düşük direnç değeri 0.007? en yüksek kapasitans değeri 1.05*10-10 F a denk gelirken, en düşük kapasitans değeri 1.75*10-13 F en yüksek direnç değeri 4.4? a denk gelmektedir. Elde edilen verilere göre anahtar diyot tasarımının gerektirdiği direnç ve kapasitans değerleri için en uygun diyot çapı ve intrinsic katmanı kalınlığı seçilebilmektedir.Seçilmiş ohmik, Schottky kontaklarla ve dielektrik kaplamayla 4H-SiC Schottky ve PiN diyotlar üretilmiştir. Statik karakterizasyon olarak diyotların kırılma gerilimi 900V dan yüksek, ileri en yüksek akımı 12.5 A (500 A/cm2 e kadar akım yoğunluğu), ileri konum direnci 10 m?.cm2 den düşük ve 40 V ters gerilimde kapasitansı 50 pF olarak ölçülmüştür. İleri ve ters konumdaki ölçümler farklı sıcaklıklarda da gerçekleştirilmiştir. Dinamik karakterizasyon olarak yükselme ve düşme süreleri 120 nsec olarak ölçülmüştür.Anahtar Kelimeler: Silicon Carbide, Schottky diyot, PiN diyot, yüksek kırılma elektrik alan kuvveti, Schottky kontak, ileri açılma gerilimi ve direnci, kapasitans, anahtar diyot