4H-SiC載流子壽命增強方法研究.pdf

1、目前，SiC雙極器件在超高壓（UHV）功率器件領域的應用還存在一個熱點問題，即SiC材料的載流子壽命問題。4H-SiC材料由于具有大的禁帶寬度，高的擊穿電場以及高的熱導率等優(yōu)點被廣泛應用到高溫、高壓以及大功率半導體器件的制備當中。在4H-SiC雙極器件中，漂移層的電導調制效應決定了器件的正向壓降，并且強烈的依靠于漂移層的載流子壽命，即4H-SiC材料壽命越長，其電導調制效應越大。而在4H-SiC材料中限制載流子壽命的主要缺陷為 Z1/2

2、深能級陷阱。因此，為了使得超高壓雙極器件具有更小的開態(tài)損耗和更低的正向壓降，降低4H-SiC材料中深能級陷阱Z1/2從而相應的增強其載流子壽命就變得越來越重要。
　　目前國內(nèi)外比較常用的降低4H-SiC材料的主要壽命限制缺陷Z1/2，即增強4H-SiC材料壽命的技術手段有：C（碳）或Si（硅）離子注入、高溫熱氧化以及表面鈍化處理等。本文主要采用C（碳）離子注入技術手段，即對NPP結構的4H-SiC外延片進行C（碳）離子注入，并使用

3、DLTS（深能級瞬態(tài)譜）研究了C（碳）離子注入對4H-SiC材料中壽命限制缺陷的影響，且進一步制備了外延層經(jīng)過C（碳）離子注入的4H-SiC PiN二極管，通過其正反向特性研究了4H-SiC外延材料壽命增強后的PiN二極管的特性。本文主要從以下幾個方面進行了展開研究：
　　首先，通過Silvaco半導體仿真軟件對實驗中C（碳）離子注入的能量和劑量進行了仿真設計。仿真結果顯示，本次實驗的C（碳）離子注入的最佳條件為：500℃條件下，

4、C（碳）離子注入的能量和劑量最佳組合分別為80keV，5×1014cm-2和120keV，9×1014cm-2，其中注入掩膜層SiO2的厚度為0.2um。
　　其次，通過DLTS（深能級瞬態(tài)譜）對加C（碳）離子注入的4H-SiC二極管樣品進行測試分析，結果表明，通過C（碳）離子注入的4H-SiC外延片其主要壽命限制缺陷Z1/2的濃度顯著降低，且很大程度上表明了半導體材料中載流子壽命的增強。
　　最后，研究了壽命增強后的4H-

5、SiC PiN二極管的正反向性能。從正向I-V（電流-電壓）特性可以得出，經(jīng)過碳離子注入的PiN二極管的正向電壓在3.3V左右，比未經(jīng)碳離子注入的PiN二極管低得多。經(jīng)過碳離子注入的PiN二極管的差分導通電阻為4.38mΩ·cm2@100A/cm2，比未經(jīng)碳離子注入的PiN二極管降低了大約50％。對經(jīng)過碳離子注入的PiN二極管，測得了其溫度從25℃變化到180℃時的正向特性，從測試結果可以看出，PiN二極管的正向壓降隨著溫度的升高而減小

6、。從反向I-V（電流-電壓）特性可以看出，經(jīng)過碳離子注入處理的二級管樣品的反向漏電也明顯有所下降。從器件的反向擊穿特性曲線得出C離子注入對4H-SiC PiN二極管的反向耐壓幾乎沒有影響，最后，通過對壽命增強后的4H-SiC PiN二極管的反向恢復特性進行仿真，結果表明載流子壽命越長，對應的二極管的反向恢復時間就越長。因此，我們可以得出，降低4H-SiC外延材料中的Z1/2深能級缺陷可以顯著地提高其載流子壽命，并且進一步可以使得4H-S