高性能4H-SiC功率VDMOSFET器件设计及关键工艺研究
发布时间：2021-09-19 19:50
碳化硅（SiC）作为第三代半导体材料的典型代表,相比前两代半导体材料,拥有优越的材料特性（击穿电场高、热导率高、电子饱和速度高,抗辐射能力强）,更适用于制作高温、高频、抗辐射的功率器件。近年,随着功率器件应用的发展,硅基器件因其自身材料的限制,在高电压,高转换效率和功率密度等方面已无法满足更高性能的要求,因此使得包括SiC在内的第三代半导体成为替代Si基的首选材料。SiC功率MOSFET作为一种重要的功率器件,由于简单的栅极驱动电路、高工作频率、高功率密度以及高转换效率等优点,目前正逐渐地应用在电力电子系统中。虽然近几年4H-SiC MOSFET国内外研究取得了瞩目的进展,但是在SiO2/SiC界面质量、栅电压稳定性、高可靠性终端结构设计、高可靠欧姆接触制备工艺和器件更高性能设计要求等方面,还存在着问题,制约着4H-SiC MOSFET性能进一步提高。本文针对以上提出的部分问题展开了以下四个方面的理论和实验研究,主要的研究内容及创新成果如下:1)高迁移率、高可靠性栅氧化层工艺的研究。设计了NO/O2/NO三明治式的氮退火工艺实验,采用此工艺进...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
SiC功率器件应用领域
4H,6H SiC Si-C 堆垛示意图堆垛顺序会显著影响半导体材料的电气特性，比如 4H-S在三者之间最大(3.26 eV)。目前 4H-SiC 和 6H-SiC 衬底结构相比 6H 拥有更大的带隙和电子迁移率，是目前电力.1 对比了几种半导体材料的关键电气特性参数。表1.1 不同半导体材料电气特性关键参数[18-20]数 4H-SiC 6H-SiC GaN GaAs 金刚g(eV) 3.26 3.0 3.44 1.41 5 εs(F/cm) 9.7 9.7 9.0 13.1 5c(MV/cm) 3.0 3.0 3.3 0.4 1 μn(cm2/V·s) 900 380 900 8500 19 vsat(107cm/s) 2.0 2 2.5 2.0 2(W/cm·K) 4.9 4.9 1.1 0.55 2
谌??4H-SiC MOSFETs 栅氧化层新型氮退火工艺的研究31图3.2 不同的 O 空位和界面陷阱在热氧化形成的 SiO2/SiC 界面的位置3.2 新型氮退火工艺的研究3.2.1 实验设计一、实验方案为了能够更好的提高界面质量，降低界面态密度，提高器件沟道迁移率和阈值电压稳定性，氮退火工艺仍然需要进一步的优化和改进，传统的氮退火工艺是在生长好氧化层后进行一次 NO 气体氛围的高温热退火，通过高温使得 NO 气体扩散到SiO2/SiC 界面，使得 O 原子继续氧化 SiC，N 原子则和 C 的悬挂键结合，从而达到钝化界面的目的。界面氮的引入量会影响钝化效果，通常工艺中会通过控制退火的温度和时间来实现界面氮的引入量
【参考文献】：
期刊论文
[1]Low specific contact resistance on epitaxial p-type 4H-SiC with a step-bunching surface[J]. 韩超,张玉明,宋庆文,汤晓燕,张义门,郭辉,王悦湖. Chinese Physics B. 2015(11)
[2]采用场限环终端的2.5mΩ·cm2,1750V4H-SiC结势垒肖特基二极管（英文）[J]. 任娜,盛况. 中国电机工程学报. 2015(21)
[3]1700V碳化硅MOSFET设计[J]. 黄润华,陶永洪,柏松,陈刚,汪玲,刘奥,卫能,李赟,赵志飞. 固体电子学研究与进展. 2014(06)
[4]美、日、欧宽带隙半导体技术发展研究[J]. 陈海明. 半导体技术. 2010(08)
[5]国外军事和宇航应用宽带隙半导体技术的发展[J]. 赵小宁,李秀清. 半导体技术. 2009(07)
[6]SiC微波半导体在T/R组件中的应用前景[J]. 张福琼. 中国电子科学研究院学报. 2008(06)
博士论文
[1]高性能4H-SiC SBD/JBS器件设计及实验研究[D]. 袁昊.西安电子科技大学 2017
[2]4H-SiC功率UMOSFETs的设计与关键技术研究[D]. 宋庆文.西安电子科技大学 2012
本文编号：3402229
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
SiC功率器件应用领域
4H,6H SiC Si-C 堆垛示意图堆垛顺序会显著影响半导体材料的电气特性，比如 4H-S在三者之间最大(3.26 eV)。目前 4H-SiC 和 6H-SiC 衬底结构相比 6H 拥有更大的带隙和电子迁移率，是目前电力.1 对比了几种半导体材料的关键电气特性参数。表1.1 不同半导体材料电气特性关键参数[18-20]数 4H-SiC 6H-SiC GaN GaAs 金刚g(eV) 3.26 3.0 3.44 1.41 5 εs(F/cm) 9.7 9.7 9.0 13.1 5c(MV/cm) 3.0 3.0 3.3 0.4 1 μn(cm2/V·s) 900 380 900 8500 19 vsat(107cm/s) 2.0 2 2.5 2.0 2(W/cm·K) 4.9 4.9 1.1 0.55 2
谌??4H-SiC MOSFETs 栅氧化层新型氮退火工艺的研究31图3.2 不同的 O 空位和界面陷阱在热氧化形成的 SiO2/SiC 界面的位置3.2 新型氮退火工艺的研究3.2.1 实验设计一、实验方案为了能够更好的提高界面质量，降低界面态密度，提高器件沟道迁移率和阈值电压稳定性，氮退火工艺仍然需要进一步的优化和改进，传统的氮退火工艺是在生长好氧化层后进行一次 NO 气体氛围的高温热退火，通过高温使得 NO 气体扩散到SiO2/SiC 界面，使得 O 原子继续氧化 SiC，N 原子则和 C 的悬挂键结合，从而达到钝化界面的目的。界面氮的引入量会影响钝化效果，通常工艺中会通过控制退火的温度和时间来实现界面氮的引入量
【参考文献】：
期刊论文
[1]Low specific contact resistance on epitaxial p-type 4H-SiC with a step-bunching surface[J]. 韩超,张玉明,宋庆文,汤晓燕,张义门,郭辉,王悦湖. Chinese Physics B. 2015(11)
[2]采用场限环终端的2.5mΩ·cm2,1750V4H-SiC结势垒肖特基二极管（英文）[J]. 任娜,盛况. 中国电机工程学报. 2015(21)
[3]1700V碳化硅MOSFET设计[J]. 黄润华,陶永洪,柏松,陈刚,汪玲,刘奥,卫能,李赟,赵志飞. 固体电子学研究与进展. 2014(06)
[4]美、日、欧宽带隙半导体技术发展研究[J]. 陈海明. 半导体技术. 2010(08)
[5]国外军事和宇航应用宽带隙半导体技术的发展[J]. 赵小宁,李秀清. 半导体技术. 2009(07)
[6]SiC微波半导体在T/R组件中的应用前景[J]. 张福琼. 中国电子科学研究院学报. 2008(06)
博士论文
[1]高性能4H-SiC SBD/JBS器件设计及实验研究[D]. 袁昊.西安电子科技大学 2017
[2]4H-SiC功率UMOSFETs的设计与关键技术研究[D]. 宋庆文.西安电子科技大学 2012
本文编号：3402229
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