SiC材料及SiC基MOS器件理論研究.pdf

1、SiC以其優(yōu)異的材料特性，在高溫、大功率和抗輻射器件電子學(xué)應(yīng)用方面顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)。另外，在化合物半導(dǎo)體中唯有SiC存在本征氧化物SiO2，因此SiC基MOSFET的研究引起高度關(guān)注和極大興趣。本文主要圍繞SiC材料和SiC基MOS器件開展了系列研究。 在p型SiC中雜質(zhì)激發(fā)態(tài)的影響很大，但目前這方面的研究還很少。本文集中研究了激發(fā)態(tài)對(duì)雜質(zhì)電離、n-MOSFET反型層電荷和MOS電容的影響。激發(fā)態(tài)的影響與溫度、摻雜濃度以及雜質(zhì)能

2、級(jí)深度存在密切的關(guān)系。在雜質(zhì)激發(fā)態(tài)的作用下，n-MOSFET的反型層電荷面密度降低，激發(fā)態(tài)主要影響亞閾值區(qū)。對(duì)于MOS電容的C-V特性曲線，其在平帶附近的Kink效應(yīng)因激發(fā)態(tài)的影響而減弱，且曲線產(chǎn)生一小的平移。 在SiC中存在顯著的基態(tài)施主能級(jí)分裂現(xiàn)象，但目前的電子分布函數(shù)并不包含能級(jí)分裂因素。在本文中，通過引進(jìn)基態(tài)施主分裂能級(jí)的平均能量增量和平均配分函數(shù)，得到了包含此因素的分布函數(shù)。并研究了在不同條件下基態(tài)施主能級(jí)分裂對(duì)雜質(zhì)電

3、離、p-MOSFET反型層電荷和MOS電容的影響。在基態(tài)施主能級(jí)分裂的作用下，p-MOSFET的反型層電荷面密度降低，MOS電容C-V特性曲線平帶附近的Kink效應(yīng)被減弱。 為了使電路設(shè)計(jì)師能夠充分利用SiC基MOSFET的優(yōu)勢(shì)，必須構(gòu)建精確有效的器件集約模型（compact model）。在集約模型的構(gòu)建過程中，高溫溝道電子遷移率模型的建立至關(guān)重要。本文在考慮到各種現(xiàn)有因素并引進(jìn)新因素的條件下，建立了比較合理的高溫溝道遷移率模

4、型。同時(shí)，在這部分中提出了采用與溫度—閾值電壓實(shí)驗(yàn)曲線擬合，來確定界面態(tài)參數(shù)和固定氧物電荷的新方法。 表面勢(shì)基MOSFET的集約模型中，表面勢(shì)的顯性表達(dá)式占有重要地位。目前已有的Si基MOSFET的表面勢(shì)顯性式，沒有考慮界面陷阱電荷并認(rèn)為雜質(zhì)完全電離，因此它不適用于SiC基MOSFET。本文在Si基MOSFET的表面勢(shì)顯性表達(dá)式的基礎(chǔ)上，并考慮到雜質(zhì)不完全電離和界面態(tài)這兩種因素，推導(dǎo)出了適用于SiC基MOSFET的從積累到強(qiáng)反型