离子注入制备4H-SiC器件及温度特性的分析.pdf

摘要 摘要 碳化硅(sic)材料具有热导率高、电子的饱和速度大、击穿电压高等优点，是 制备高温、大功率、高频等半导体器件的理想材料。由于杂质在sic中的扩散系 数很小，离子注入掺杂是除了外延掺杂以外的唯一可行的方法，离子注入工艺的 良好解决有助于sic材料的进一步推广应用，使sic器件的制各更加灵活。在高 温肖特基二极管(SBD)器件和金属半导体场效应晶体管(MESFET)器件的制备方 面，离子注入具有使制各工艺简单、降低成本等优点。目前，国内外在SiC材料 的研制、器件的制各方面发展较快，一系列制约SiC材料应用的瓶颈问题正逐步 得到解决，但是SiC材料的离子注入工艺仍然存在较多的问题，如注入缺陷的消 除、激活率的提高等问题有待于研究解决。在理论方面，随着离子注入制备工艺 的使用，器件特性的分析、模型的建立等问题急需加以解决，本研究对离子注入 制备4H．SiC器件及其温度特性进行了系统的理论和实验研究，研究内容及结果如 下。 由于界面层、表面态的存在，实际的SBD器件的势垒高度受界面层、表面态 的影响很大。目前对这两个参数没有很好的提取方法，严重妨碍着对器件特性的 分析和模型的建立。本研究在热电予发射模型的基础上，提出了一种简单提取 4H．SiC SBD SBD器件特性参数的理论模型，基于这个模型，对制各的1讲H．SiC 器件，可以计算得出理想因子、串联电阻、零电场势垒高度、表面态浓度、界面 层电容、表面态中性能级等参数。本方法的特点是模型较为简单，可以计算出 4H-SiC SBD器件的界面层电容，表面态中性能级等参数，这些参数的提取未见报 道。 SiC材料是宽禁带半导体，杂质的电离能较大，在室温下杂质是非完全离化。 对4H，SiC施主掺杂(掺氮)的非完全离化进行了研究，引入电场强度对杂质的离化 率的影响(PF效应)，通过计算给出了完全离化、非完全离化考虑PF效应和非完 全离化不考虑PF效应等情况下的4H—SiCMESFET器件的夹断电压随温度的变化。 给出了一种计算4H．SiCMESFET夹断电压的精确模型，考虑杂质的非完全离化， MESFET栅电 界面态、反向漏电流等的影响。给出了考虑非完全离化时的4H．SiC 容的C．v特性，并计算了温度的影响。 通过研究离子注入的理论和工艺特性，以及蒙特卡洛分析软件TRIM对氮离 子注入4H．SiC的能量、深度和偏差等参数的分析，在注入层的能带理论分析的基 MESFET器件的沟道深度的方法，以及离子注 础上，提出了计算离子注入4H．SiC 入工艺参数，包括能量、剂量的确定方法。给出了两种离子注入的设计方案，即 三次、四次离子注入，以及欧姆接触区的离子注入设计。说明了注入掩膜层Si02 燕子注入爨备4H-SiC器镎及其湿度姆瞧研究 的厚度的计算方法，并给出了各次离子注入的掩膜朦厚度。设计了～种离予注入 帝《备4H．SiC 欧姆测试TLM图形、HALL图形、标记等。 在大羹釜阅文献并结合国杰镑l锯条俘酌基穑主，确定本实验采糟静欧姆接触 和肖特基接触的制备方案。设计了掰子注入制备4H．SiC器件的基本工艺流糨。 在国内瑗有豹条{孛下，掰}究了鬻子注入髑备4H．SiC欧姆接融、SBD耩律帮 MESFET器件，摸索出了可行的制铸工艺条件和完黢的用离子注入制备SiC器件 豹王艺流程。 运用欧姆接触测试图形TLM结构对欧姆接触进行了测试，得刹了三次和四 次离子注入魏羧褥羧皴翡毙恁疆、淀入凄瓣方块毫隧。测试了SBD爨{争戆l帮辜嚣 C-V特性，樽到三次和四次离子注入层上Ti／4H．SiC SBD的势垒高度、激活率。测 试了凑子注入MESFET器穆爨{一V褥缝。褒分褥实验绩栗魏工艺条转魏基戳上， 总结了实验的不足，并给出了改进的措施。 震热毫学发麓邂谚对Ti／4H-SiC SBD嚣{孛匏I-V特蛙邀行摸拟，褥裂三次鞍 四次