Vliv radiačních defektů na výkonové součástky na bázi SiC

Abstract

Tato disertační práce se zabývá radiačními jevy v komerčně dostupných součástkách založených na bázi karbidu křemíku (SiC). SiC JBS diody a tranzistory JFET a MOSFET byly ozářeny elektrony, neutrony a lehkými ionty (protony). Vliv ozáření na studované struktury byl zkoumán z hlediska generování radiačních defektů (hluboké úrovně) a vlivu na voltampérové a dynamické charakteristiky. Na základě dosažených výsledků byly vytvořeny modely degradace a použity v TCAD simulacích pomocí metody konečných prvků v simulátoru Silvaco ATLAS. Pro potřeby charakterizace byly také vyvinuty nové testovací metody a aparatury, které byly zapotřebí pro plnou charakterizaci studovaných součástek. Hlavními výstupy této disertační práce jsou kalibrované degradační modely, které lze využít pro zlepšení nebo vývoj tzv. rad-hard SiC součástek se zvýšenou radiační odolností. Mimo to lze výsledky po ozařování protony využít pro lokální řízení doby života nosičů náboje v bipolárních SiC součástkách pro optimalizaci jejich parametrů.

This dissertation thesis deals with the radiation effects in silicon carbide (SiC) commercially available power devices. SiC JBS diodes, JFET, and MOSFET have been irradiated by various particles (electrons, neutrons, and light ions). Their influence has been studied in terms of introduced radiation defects (deep levels) and effects on device I-V and dynamic characteristics. Based on achieved results, simulation models of device degradation have been developed and used in the device TCAD simulations using the finite element method by Silvaco ATLAS simulator. Additional measurement test setups and methods were developed and were necessary for the full characterization of investigated devices before and after irradiation. The main outputs of this dissertation thesis are developed calibrated degradation models which can be utilized for improving or developing rad-hard SiC power devices. On the top of it, the results concerning the effect of proton irradiation can be used for application of the local lifetime control technique for bipolar SiC power device parameters optimization.