今天这篇文献来自AIST，研究1200V SiC沟槽超结MOSFET的短路能力
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所制备的三种器件如上
（a）、（b）、（c）依次为non-SJ、semi-SJ和full-SJ，未引入常规结构的器件仍然是IE-UMOS， 栅沟槽底部和两侧均设置屏蔽区,semi-SJ器件，柱区厚度5.2μm，柱区下方的缓冲层厚度3.8μm，full-SJ器件，柱区厚度8.45μm， 未设缓冲层 ，P柱宽度均为1.5μm，借助屏蔽区，与P阱相连。
柱区的制作方式，仍然是 多次外延+离子注入。
芯片尺寸3×3 mm²，有源区面积0.0547 cm²，TO-247封装，20V栅压，non-SJ、semi-SJ和full-SJ的室温Ron,sp分别为3.4mΩ·cm2，2.9mΩ·cm2、2.6mΩ·cm2，击穿电压均为1600V，了解基本结构和电性能，准备短路测试。
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短路测试电路如上，具体条件图中已注明，
25℃、175℃下，各自进行短路测试，RGon为22.4Ω，RGoff为500Ω，脉冲从1μs开始， 以0.2μs为步进，逐步增加脉冲宽度，直至器件失效。
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室温短路波形如上，只给了non-SJ和semi-SJ的结果，简单分析下机理，ID在2μs内迅速升至峰值电流（ 大于130A），电流密度约2400 A/cm2，随后因 自热效应，电子迁移率下降、JFET区电阻增大，ID降低。
器件最终的失效机制，是 表面温度超过Al的熔点（约660℃），正面金属Al熔化，导致失效。
文中提到，Si器件的短路失效模式包括 寄生NPN三极管导通引发的热失效，但SiC器件不会出现这种模式，因为SiC材料的本征载流子浓度低，寄生NPN的开启温度高于铝的熔点。
当然这只是部分文献持有的观点，俺记得也有文献认为，短路测试中，SiC器件同样可能出现寄生三极管导通引发的失效，各位兼听则明。
non-SJ的短路耐受时间、短路能量分别为13μs、706mJ，
semi-SJ的短路耐受时间、短路能量分别为15μs、786mJ，
室温下，相比non-SJ，semi-SJ将短路指标提升了10%以上。
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这张图，是导通特性与短路特性的trade-off，左边是tsc-Ron,sp，右边是Esc-Ron,sp，我们希望电阻越小越好、短路能力越强越好，因此 越往左上角，器件的trade-off越优异，引入超结结构可以提升导通特性-短路能力的trade-off，这不必说，更重要的是， 高温下的提升幅度，比常温下的提升幅度更大！ （图中蓝色箭头的长度代表提升幅度）此间原因，之前多次提到，漂移区电阻，由体迁移率决定，呈现正温度系数，超结结构，大幅降低漂移区电阻，使得器件的正温度系数显著降低，因此 高温电阻相比常温电阻的增幅不大 。
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这张图，看得更明显，
25℃时，相比non-SJ，semi-SJ的短路能量提升13%，
175℃时，相比non-SJ，semi-SJ的短路能量提升53%，
差异非常明显。
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对两种器件进行混合仿真，以研究短路失效机理，电路如上，多数mixed-mode电路图都是用符号表示器件，很少有这种， 画一个侧卧的截面图，GDS该接哪接哪，非常漂亮！
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如上，均为0.2μs时的状态，从左到右，依次为温度、电场、电流密度分布，non-SJ器件，最高温度出现在JFET区，距离源极金属很近，
semi-SJ器件，最高温度出现在半导体体内，远离表面，距离源极金属较远。
为何如此？
从电场和电流密度分布中寻找解释，焦耳热Q由电流密度J和电场E共同决定，两种器件的电流密度分布差异较小， 但电场分布差异明显 ，non-SJ器件，峰值电场集中在半导体表面附近，semi-SJ器件， 峰值电场向半导体内部移动，出现在P柱两侧及底部，因此，后者的热量主要产生于半导体内部。
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为验证此分析，制备不同P柱宽度的SJ器件，测试短路能力，结果如上，P柱宽度越小，短路能量越小，短路能力越差，间接佐证上述分析。
小结：
1、制备1200V SiC沟槽超结MOSFET器件，non-SJ、semi-SJ和full-SJ，对比三种器件的短路能力，
2、室温下，相比non-SJ，semi-SJ将短路能量提升了13%，高温下， 相比non-SJ，semi-SJ将短路能量提升了53%，
3、器件短路失效机制是源极金属熔化。相比non-SJ器件，semi-SJ器件的 峰值电场向半导体内部移动，出现在P柱两侧及底部，使得热量主要产生于半导体内部，距离源极金属较远，进而提升器件的短路能力。
4、引入超结结构可以提升导通特性-短路能力的trade-off，且 高温下的提升幅度，比常温下的提升幅度更大。
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