Высоковольтные лавинные 4$H$-SiC диоды с прямой фаской

Изготовлены высоковольтные лавинные $p^{+}$–$p$–$n_0$–$n^{+}$-диоды на основе 4$H$-SiC. Диоды выполнены в виде мезаструктур с пологими боковыми стенками, образующими прямую фаску. Мезаструктуры формировалась с помощью сухого реактивно-ионного травления 4$H$-SiC через маску из фоторезиста с клинообразным краем. Мезы имеют площадь 1 мм$^{2}$, высоту 3.6 мкм (немного превышающую глубину залегания $p$–$n_0$-перехода — 3 мкм) и угол наклона боковых стенок $\sim$ 5$^\circ$ от плоскости $p$–$n_0$-перехода. Измерены вольт-амперные характеристики изготовленных диодов. В прямом направлении дифференциальное сопротивление диодов и падение напряжения при токе 10 А составляют 0.35 Oм и 6.5 В соответственно. В обратном направлении диоды показали резкий пробой при напряжениях от 1420 до 1500 В. С помощью TCAD-моделирования рассчитана обратная вольт-амперная характеристика идеализированного одномерного диода с теми же параметрами структуры, как и у реальных диодов. Рассчитанное напряжение лавинного пробоя одномерного диода (1450 В) попадает в диапазон измеренных значений, т. е. эффективность работы прямой фаски в качестве охранного контура близка к 100%. Измерены импульсные обратные вольт-амперные характеристики диодов в режиме мощного лавинного пробоя: дифференциальное сопротивление составляет $\sim$ 3 Ом, что свидетельствует о том, что лавинный пробой однороден по площади. Диоды выдерживают без деструкции импульсы лавинного тока с амплитудой, как минимум, 10 А (плотность тока 10$^{3}$ А/см$^{2}$) и длительностью 1.2 мкс (рассеиваемая энергия 9 мДж).