今天这篇文章来自东芝，主要内容是JFET区宽度对沟槽栅SiC MOSFET性能之影响，
先介绍背景
沟槽栅SiC MOSFET现已得到商业应用，但这种器件的一大问题在于JFET区设计
本来沟槽的存在将P阱分割，消除了平面栅结构的JFET区，
但为缓解沟槽底部的电场集中效应， 业界通常于器件内部（沟槽底部或沟槽两侧）设置P区，以保护栅介质，
引入的P区之间又会形成寄生JFET区，使器件导通电阻增大。
但也有研究表明，寄生JFET区的存在可提升器件短路能力，
因此， 沟槽栅SiC MOSFET的JFET区需精细设计，以实现导通电阻与短路能力之间的更优平衡。
简单介绍作者的思路，
功率MOSFET短路能力主要由JFET区和沟道区共同决定，多数研究同时改变JFET区和沟道区参数，无法单独剥离JFET区对短路能力的影响，
而本文 仅改变JFET区参数（宽度、浓度），沟道结构不变，以量化JFET区设计对器件短路能力的影响。
再解释一下短路耐受能力，
何为短路耐受能力？
答：器件承受短路工况而不发生失效的能力，通常以 短路耐受时间（SCWT）作为评估指标，
高漏压偏置下，短路失效主导机制为热击穿，低漏压偏置下，栅氧化层退化等失效机制会凸显，
而重复脉冲短路应力下，器件特性会出现渐进式退化，如Vth漂移、Rdon增大等。
基于此，作者制备 两款沟道结构相同、JFET区设计不同的沟槽栅SiC MOSFET器件，进行单脉冲、重复脉冲短路测试。
图片来源：网络
器件结构如上，于沟槽底部设置接源极的P区， 相邻P区间距即为JFET宽度（WJFET）
器件A：WJFET较大、NJFET较小
器件B：WJFET较小、NJFET较大
A、B的元胞间距、有源区面积完全一致，仅JFET区参数有差异。
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测试结果如上，从左到右，依次是输出特性、转移特性和阻断特性，
室温下，器件A比导通电阻为1.36mΩ·cm2，175℃下为3.06mΩ·cm2，
室温下，器件B比导通电阻为1.39mΩ·cm2，175℃下为2.92mΩ·cm2，
A和B的电阻相仿，这是因为 较大的WJFET会降低电阻，较小的NJFET又会增大电阻，
A同时设置较大WJFET、较小NJFET，B同时设置较小WJFET、较大NJFET，
二者共同作用下，AB电阻相仿，这大概是作者刻意为之，以便后续对比。
室温下，器件A阈值电压为3.83V，175℃下为3.03V，
室温下，器件B阈值电压为3.83V，175℃下为3.13V，
室温下，器件A击穿电压为1460V，175℃下为1530V，
室温下，器件B击穿电压为1450V，175℃下为1520V。
击穿电压区别略大，阈值电压差异很小。
再看短路测试，
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单脉冲短路测试结果如上，均为失效前波形，
左边是400V母线电压，右边是800V母线电压，栅驱均设为+15V/-4V，
400V母线电压下，关断后观察到栅压过冲，表明栅极发生退化，且短路测试后IGSS增大，佐证栅极退化，
器件A短路耐受时间4.4μs，器件B则为5μs，且B的饱和电流低于A。
800V母线电压下，A、B短路耐受时间均为2.3μs，B的饱和电流略低于A，
为什么B的饱和电流始终更小？
因为B具有更窄的JFET区，这限制了饱和电流路径。
再看重复脉冲短路测试，
器件承受1000次短路循环，重复频率1Hz，栅驱仍为+15V/-4V，
通过改变栅极脉冲宽度，分析能量耗散对器件失效机制的影响，
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400V母线电压、2.6μs脉冲宽度下的结果如上， 纵轴分别为导通栅压、饱和电流密度，横轴是循环次数 ，
器件A呈现渐进式退化，约800次脉冲后导通栅压开始降低，饱和电流密度随之减小，
即， 长期应力下栅氧损伤、导通电阻增大 ，
器件B经历1000次循环后，导通栅压、饱和电流密度无明显变化，重复短路耐受能力更优。
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800V母线电压、2.0μs脉冲宽度下的结果如上，横纵轴参数不变，
器件A在大约200次循环后失效，器件B则经历1000次循环，参数无明显漂移，
本质上是B的JFET区更窄，热量整体更低，未触发热击穿，A则发生热击穿。
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仿真结果如上，400V母线电压、2.6μs脉冲宽度下，A、B内部温度及漏电变化情况，
无论SiC材料温度、SiO2材料温度，还是漏电流，器件A均显著大于器件B，
这与此前猜想相映证—— 即使采用更高的JFET掺杂浓度，窄JFET区结构也可有效抑制短路工况下器件内部温升，
当然作者并未给出两种器件具体的JFET宽度和浓度，但从定性层面可推测， 欲提升器件短路能力，JFET区的窄，权重高于浓度低。
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最后这张图，想说明短路能量与器件失效的关系（400V母线电压下），
横轴为单次短路耗散能量，纵轴为器件能承受的脉冲次数，
虽然器件A、器件B在相同脉冲宽度下的脉冲耐受次数不同， 但当横轴换成能量后，两组数据基本落在同一条拟合线上 ，
这说明能量才是决定栅极退化的根本因素，脉冲宽度or脉冲次数只是间接因素。
换言之， 器件B之所以能承受更多次脉冲循环，是因为相同应力条件下，B每次循环产生的饱和电流更低，热量更少，
因此在累积到触发退化所需的总能量之前，B可以耐受更多次脉冲。
B为什么每次循环产生的热量更少？
如上解释， 窄JFET区，是关键原因。
小结：
1、制备 两款沟道结构相同、JFET区设计不同的沟槽栅SiC MOSFET器件A和B，对比短路能力，
2、 器件B之所以能承受更多次脉冲循环，是因为相同应力条件下，B每次循环产生的饱和电流更低，热量更少，
3、从定性层面可推测， 欲提升沟槽栅SiC MOSFET器件短路能力，JFET区的窄，权重高于浓度低。
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