今天这篇文章来自复旦，很有意思，必须分享给各位。
介绍背景
近年，SiC器件已得到广泛应用，然而芯片面积较小、电流密度较高的特点决定，SiCMOSFET的短路耐受能力相对较低，
作为对比，SiIGBT典型短路耐受时间约10μs，而SiCMOSFET典型短路耐受时间约3μs，
对SiCMOSFET短路失效机制已有诸多研究，大致明确了两种失效机制：热失控、栅极失效，
前者由晶格温度升高与功耗增大之间的正反馈引发，最终导致器件烧毁，后者则是栅源介质开裂，最终导致栅源短路。
前人已提出多种提升SiCMOSFET短路能力的方案，但无一例外需要牺牲其他指标，尤其是会使导通电阻增大。
基于此，本文试图在SiCMOSFET涉及中引入电荷平衡概念，以提升器件短路能力。
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器件结构如上，（a）是传统平面型SiCMOSFET，（b）是作者提出的电荷平衡型SiCMOSFET，
两种结构的区别，在于（b）中的蓝色区域，此即P柱区域，
这里的P柱方向，与常规超结器件的柱区方向不同，
图（b）中标注了方向A、方向B，其中方向B垂直于纸面，
可以看到，这种电荷平衡型SiCMOSFET器件，P柱在B方向上呈间断分布，
而在常规超结器件中，P柱在B方向呈连续分布，在A方向呈间断分布（可以参考图a里的P阱），
这是核心差异。
设计上其实并不麻烦，画版图时，把P柱从原先的连续长条，改成一个个间断的方形墩即可。
作者制备了三种不同柱宽的电荷平衡型SiCMOSFET，称为CB1、CB2、CB3，以及一款常规结构器件CS，
所有器件均为平面栅结构，元胞间距相同，外延条件一致，厚度12μm，浓度7e15cm-3，
P柱结深约2.6μm，浓度约5e16cm-3，
三种电荷平衡型器件仅柱宽存在差异。
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器件SEM剖面图如上，（a）和（b）是从两个方向切出来的结果，
（b）图中，除右下角那张图之外，是三种不同P柱宽度的CB器件，柱区深度、宽度基本与设计一致。
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四种器件的基本参数及电性能如上，
Vth基本相同，表明柱宽变化对转移特性影响很小，
相比CS器件，三种CB器件的Ron,sp均明显减小，降幅超17%，这是高浓度P柱、N柱带来的优势，
另外相比CS器件，三种CB器件的电阻温度系数也略有降低，这有利于器件的高温出流能力，
但因为柱区深度不够，电阻温度系数的降幅很小。
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测试结果如上，（a）是转移曲线，（b）是输出曲线，（c）是Rdon-IDS曲线，（d）是击穿曲线，
其他参数已在表中给出，重点看击穿特性的形状，
虽然四种器件BV相仿，但CB器件呈现软击穿特性，漏电起得较早，随后缓缓增加。
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再看这张图，（a）是JFET中心区域电场强度随VDS变化关系，（b）是Vth随VDS变化关系，
相比CS器件，三种CB器件的JFET中心区域场强均有所降低，且Vth随VDS变化而变化的幅度也更小，
作者解释，这是由于P柱、N柱之间的横向耗尽使得空间电荷区从半导体材料更深处开始扩展，且扩展更快，形成电场屏蔽效应，
结果是，漏极电场更难影响沟道区域，抑制了漏致势垒降低效应（DIBL），从而呈现上图所示现象。
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电容特性如上，
仔细看，蓝色的CS器件，CV曲线像正常那样，
但三种CB器件，Crss和Coss曲线均出现了突变，且突变出现在不同VDS条件下，
为什么有此差异？
因为CB器件的耗尽可分为两个阶段，
1）与常规器件一致，发生在JFET区，
2）CB器件独有的耗尽，发生在柱区，更强的横向耗尽使柱区在更低VDS条件下发生夹断，在电容曲线上呈现为突变点。
基本电性能测完，接下来，对比短路能力，
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如上，先对比短路峰值电流，
将短路测试的栅极脉冲宽度固定为2μs，提取不同VDS条件下的Ipeak，如上，
左边是25℃，右边是175℃，
CS器件明显高于三种CB器件，1000V下的Ipeak差距，从150A到310A，
CB3的P柱最宽，Ipeak最低，
即横向耗尽越强，对DIBL效应的抑制作用越强，Ipeak越低。
再逐渐增大脉冲宽度，评估极限短路能力，
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失效前的波形如上，
可以看到，三种CB器件的峰值电流仍然低于CS器件，且到达峰值后，CB器件的电流下降更加平缓，
漏电流到达峰值后会下降，这是晶格温度升高使得电阻增大所致，
从这里可以退出，短路过程中CB器件的结温更低、温升更慢，因此电流下降更平缓。
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600V母线电压、+18V/-4V栅源电压条件下，仿真、实测波形如上，
ID曲线高度吻合，佐证温度曲线以及温度分布的可信度，
右图是两种器件在20%、60%、100%最大短路脉冲时长（tscmax）时的温度分布，
CS器件峰值温度出现在JFET区下方的N型外延层，CB器件的热量首先在N柱产生，再逐渐扩散到周围，
更强的横向耗尽作用抑制了DIBL效应，降低了Ipeak，以及电场分布更加均匀，以上所有因素共同减少了热量产生，使温度升高更加平缓。
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四种器件的短路能力对比如上，
无论25℃还是175℃，CB器件的ESC、tsc均有提升，
相比室温，高温条件下四种器件的ESC均有所降低，这很正常，因为175℃距离临界失效点更近，只需要更少的能量便可发生热失控。
小结：
1、制备1700V电荷平衡型SiCMOSFET，P柱在垂直于纸面方向上呈间断分布。
2、相比CS器件，三种CB器件的Ron,sp均明显减小，降幅超17%，电阻温度系数略有降低，BV相仿但击穿曲线更软。
3、相比CS器件，CB器件具备更强的横向耗尽作用，更有效地抑制了DIBL效应，实现更低的短路峰值电流以及更平缓的温升过程，进而提升了器件短路能力。
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