阅读说明：本技术 一种三栅SiC横向MOSFET功率器件 (Three-gate SiC transverse MOSFET power device ) 是由 施广彦 秋琪 李昀佶 于 2021-01-12 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种三栅SiC横向MOSFET功率器件,包括SiC衬底,设有一衬底凹槽；SiC外延层,设有一外延凹槽；所述SiC外延层设于所述衬底凹槽内；P型阱区,设有介质槽,所述介质槽内设有沟道区；所述所述P型阱区设于所述外延凹槽内；栅极,所述栅极包括两个第一侧栅以及一顶栅,所述顶栅两端部分别连接至所述栅极的一端部的侧面,形成倒U型结构,所述顶栅和第一侧栅除顶部以及连接处外均被高k介质包围,所述倒U型结构设于所述介质槽内,且突出于所述介质槽；漏极以及源极,所述源极以及源极设于所述介质槽内,且设于所述U型结构两侧；解决SiC功率MOSFET阈值电压高、饱和工作时驱动电平高,驱动功耗大的问题。(The invention provides a three-gate SiC transverse MOSFET power device, which comprises a SiC substrate, wherein a substrate groove is formed in the SiC substrate; the SiC epitaxial layer is provided with an epitaxial groove; the SiC epitaxial layer is arranged in the substrate groove; the P-type well region is provided with a medium groove, and a channel region is arranged in the medium groove; the P-type well region is arranged in the epitaxial groove; the grid comprises two first side grids and a top grid, two end parts of the top grid are respectively connected to the side surface of one end part of the grid to form an inverted U-shaped structure, the top grid and the first side grid except the top part and the connection part are all surrounded by a high-k medium, and the inverted U-shaped structure is arranged in the medium groove and protrudes out of the medium groove; the source electrode and the source electrode are arranged in the medium groove and are arranged on two sides of the U-shaped structure; the problems of high threshold voltage, high driving level during saturation work and high driving power consumption of the SiC power MOSFET are solved.)

一种三栅SiC横向MOSFET功率器件

技术领域

本发明涉及一种三栅SiC横向MOSFET功率器件。

背景技术

SiC器件中碳化硅(SiC)材料因其优越的物理特性，广泛受到人们的关注和研究。其高温大功率电子器件具备输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、耐高温高压等优点，在开关稳压电源、高频加热、汽车电子以及功率放大器等方面取得了广泛应用。

然而，其还存在阈值电压高、饱和电流时驱动电压高、材料缺陷较多、沟道迁移率较低、成本较高等技术以及经济问题，导致严重制约着SiC功率器件的发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种三栅SiC横向MOSFET功率器件，解决SiC功率MOSFET阈值电压高、饱和工作时驱动电平高，驱动功耗大的问题。

本发明是这样实现的：一种三栅SiC横向MOSFET功率器件，包括

一SiC衬底，所述SiC衬底上设有一衬底凹槽；

一SiC外延层，所述SiC外延层内设有一外延凹槽；所述SiC外延层设于所述衬底凹槽内；

一P型阱区，所述P型阱区内设有介质槽，所述介质槽内设有沟道区；所述所述P型阱区设于所述外延凹槽内；

一栅极，所述栅极包括两个第一侧栅以及一顶栅，所述顶栅两端部分别连接至所述栅极的一端部的侧面，形成倒U型结构，所述顶栅和第一侧栅除顶部以及连接处外均被高k介质包围，所述倒U型结构设于所述介质槽内，且突出于所述介质槽；

一漏极，所述源极设于所述介质槽内，且设于所述U型结构一侧；

以及，一源极，所述源极设于所述介质槽内，且设于所述U型结构另一侧。

进一步地，所述栅极还包括至少一个第二侧栅，所述第二侧栅均匀间隔设于两个所述侧栅内，且所述第二侧栅一端部连接至所述顶栅，所述第二侧栅处于顶栅连接处外均被高K介质包裹。

进一步地，所述第一侧栅与第二侧栅的厚度以及宽度相等。

进一步地，所述介质槽纵向深度小于P型阱区深度。

进一步地，所述第一侧栅纵向深度大于等于介质槽深度。

本发明的优点在于：

一、具有三个相连的栅结构，包括一个平面栅和两个沟槽栅，三个栅从三个方向包裹导电沟道，从三个方向对沟道区进行反型，使得SiC横向器件在较低的栅电压情况下就可以形成足够的反型层载流子浓度，在相同电流条件下有较低的阈值电压；

二、三个相连栅结构在过了阈值电压，逐步增加栅电压时，形成一圈围绕栅的高载流字浓度沟道，增大反型层载流子浓度，使得在相同栅电压条件下，载流子浓度增加，带电流能力增加；

三、三个相连栅结构可以在栅电压较低时就能实现有足够低的比导通电阻，使得SiC横向MOSFET功率器件，饱和工作时栅驱动电压降低，降低功率器件驱动能耗。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种三栅SiC横向MOSFET功率器件的俯视图。

图2是本发明一种三栅SiC横向MOSFET功率器件的顶栅位置正视切面图。

图3是本发明一种三栅SiC横向MOSFET功率器件的栅位置侧视切面图。

图4是实施例二的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种三栅SiC横向MOSFET功率器件，用于解决SiC功率MOSFET阈值电压高、饱和工作时驱动电平高，驱动功耗大的技术问题；达到降低了阈值电压以及驱动电压的有益效果。

实施例一

请参阅图1至图3所示，本实施例提供了一种三栅SiC横向MOSFET功率器件，包括

一SiC衬底，所述SiC衬底上设有一衬底凹槽；

一SiC外延层，所述SiC外延层内设有一外延凹槽；所述SiC外延层设于所述衬底凹槽内；

一P型阱区，所述P型阱区内设有介质槽，所述介质槽内设有沟道区；所述所述P型阱区设于所述外延凹槽内；

一栅极，所述栅极包括两个第一侧栅以及一顶栅，所述顶栅两端部分别连接至所述栅极的一端部的侧面，形成倒U型结构，所述顶栅和第一侧栅除顶部以及连接处外均被高k介质包围，所述倒U型结构设于所述介质槽内，且突出于所述介质槽；

一漏极，所述源极设于所述介质槽内，且设于所述U型结构一侧；

以及，一源极，所述源极设于所述介质槽内，且设于所述U型结构另一侧。

所述栅极还包括至少一个第二侧栅，所述第二侧栅均匀间隔设于两个所述侧栅内，且所述第二侧栅一端部连接至所述顶栅，所述第二侧栅处于顶栅连接处外均被高K介质包裹，按整数排列依次递增，增加导电沟道载流子密度，降低导通电阻。

所述第一侧栅与第二侧栅的厚度以及宽度相等。

所述介质槽纵向深度小于P型阱区深度。

所述第一侧栅纵向深度大于等于介质槽深度。

用于SiC功率器件及SiC功率集成电路。

由于采用了三栅结构，其在较低的栅电压情况下就有足够的载流子产生电流，故其阈值电压较低。

由于采用了三栅结构，其在较低的栅电压情况下载流子浓度就发生饱和，其比导通电阻不再降低，使得该器件在较低栅驱动电压的情况下就能实现大电流，降低了驱动功耗。

实施例二

如图4所示，在实施例一的基础上，采用了多栅结构，即两个第一侧栅，至少一个第二侧栅的方式，进一步降低阈值电压，提高带电流能力。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。