4H-SiC MOS結(jié)構(gòu)工藝與電學(xué)特性研究.pdf

1、SiC材料是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的代表，因其在高溫、高功率、高輻射條件下的優(yōu)異性能，而成為“極端電子學(xué)”中最重要的研究對象之一；同時SiC材料又是除了Si材料之外唯一能夠通過直接熱氧化生長氧化絕緣膜的半導(dǎo)體材料。目前，功率器件的研究是SiC應(yīng)用的主要研究方向，尤其功率MOSFET更是研究的熱點所在。但是，在制作SiC MOS器件時始終存在著溝道遷移率低的問題，這主要是由SiO<,2>/SiC的高界面態(tài)密度引起的。因此如何降低MOS器件

2、的界面態(tài)密度成為SiC MOS器件研究中需要解決的首要問題。本文研究的核心是如何通過對MOS工藝的合理優(yōu)化來降低界面態(tài)密度。 本文首先研究了MOS器件工藝，以實驗室的標(biāo)準(zhǔn)Si工藝為基礎(chǔ)，在4H-SiC襯底上通過干氧氧化生長SiO<,2>絕緣層。為了能夠更好的改善界面性能，本文使用了包括氮氣退火和濕氧二次氧化退火在內(nèi)的氧化后退火工藝。本文中制作金屬電極的材料為Al，利用特制金屬掩膜板蒸發(fā)至襯底表面形成電極圖形。另外，本文為了驗證襯

3、底氫等離子表面處理對SiC MOS器件性能的影響，還在同樣工藝下制作了MOS電容器件樣品。 本文還對在不同工藝下制作的MOS電容器件進(jìn)行了電學(xué)參數(shù)特性的研究。通過I-V特性研究，證明了本文采取的MOS工藝所獲得的氧化絕緣層質(zhì)量優(yōu)異，擊穿場強達(dá)到了10 MV/cm。另外，通過利用Fowler-Nordheim隧道電流模型對I-V曲線進(jìn)行分析，進(jìn)而獲得了襯底材料與氧化絕緣膜之間的能帶信息。在C-V測試中，一方面通過研究高頻C-V曲線

4、的平帶電壓，獲得了氧化絕緣膜中的電荷分布情況等性能參數(shù)；另一方面，重點利用Terman法和高頻一準(zhǔn)靜態(tài)法分析了SiO<,2>/SiC界面態(tài)密度分布，通過對比說明了通過工藝優(yōu)化能夠有效的降低界面態(tài)密度，達(dá)到了10<'11>eV<'-1>cm<'-2>的量級。 通過本文的研究工作，驗證了采用濕氧二次氧化退火的氧化后退火工藝能夠改善MOS器件的電學(xué)性能，降低SiO<,2>/SiC系統(tǒng)的界面態(tài)密度。這一研究結(jié)果對進(jìn)一步研究SiC MOS