一種典型半導(dǎo)體材料-SiC (2)課件

SchoolofinformationScience&EngineeringSHANDONGUNIVERSITYCHINASiC半導(dǎo)體材料目錄1.SiC材料的簡(jiǎn)介2.SiC襯底的制備3.SiC外延制備方法4.SiC光電器件的簡(jiǎn)介5.SiC紫外探測(cè)器的制備6.SiC光電器件的前景1.SiC材料的簡(jiǎn)介

隨著第一代和第二代半導(dǎo)體材料發(fā)展的成熟，其器件應(yīng)用也趨于極限?，F(xiàn)代科技越來越多的領(lǐng)域需要高頻率，高功率，耐高溫，化學(xué)穩(wěn)定性好的第三代半導(dǎo)體。而作為第三代半導(dǎo)體優(yōu)秀代表的SiC（siliconcarbide），越來越多得受到人們的關(guān)注。

2.SiC襯底的制備SiC單晶襯底：本征型、N型摻雜、P型摻雜。

N型摻雜：氮NP型摻雜：鋁Al、硼B(yǎng)、鈹Be、鎵Ga、氧O。2.SiC襯底的制備

物理氣相傳輸法（

PVT，physical

vapor

transport）又稱升華法，又稱改良的Lely法，是制備SiC等高飽和蒸汽壓、高熔點(diǎn)半導(dǎo)體材料的有效的方法。

美國(guó)Cree公司1997年實(shí)現(xiàn)2英寸6H-SiC單晶的市場(chǎng)化，近兩年已實(shí)現(xiàn)4英寸6H-SiC單晶的市場(chǎng)化，目前占據(jù)全球市場(chǎng)的85％。國(guó)內(nèi)在SiC生長(zhǎng)起步較晚，目前主要是山東大學(xué)、中科院上海硅酸鹽研究所、中科院物理所等單位開展SiC單晶生長(zhǎng)制備技術(shù)研究，山東大學(xué)2007年在實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)出了3英寸6H-SiC單晶。

2.SiC襯底的制備物理氣相傳輸法（PVT）：核心裝置如右圖所示：SiC原料的升華和晶體的再生長(zhǎng)在一個(gè)封閉的石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行，坩堝處于高溫非均勻熱場(chǎng)中。SiC原料部分處于高溫中，溫度大約在2400~2500攝氏度。碳化硅粉逐漸分解或升華，產(chǎn)生Si和Si的碳化物混合蒸汽，并在溫度梯度的驅(qū)使下向粘貼在坩堝低溫區(qū)域的籽晶表面輸送，使籽晶逐漸生長(zhǎng)為晶體。3.SiC外延制備方法外延：在一定取向的單晶基板上，生長(zhǎng)出的晶體與基板保持一定的晶體學(xué)取向關(guān)系，這種晶體生長(zhǎng)叫做外延。同質(zhì)外延：外延材料與襯底材料為同一種材料。Si上外延Si異質(zhì)外延：外延材料與襯底材料在性質(zhì)上、結(jié)構(gòu)上不同。注意晶格匹配、熱膨脹系數(shù)匹配。如SiC上外延GaN.3.SiC外延制備方法SiC的外延方法LPE（液相外延）VPE（氣相外延）MBE（分子束外延）CVD（化學(xué)氣相沉積法）實(shí)例：CVD法生長(zhǎng)N型4H-SiC同質(zhì)外延實(shí)驗(yàn)采用瑞典Epigress公司的VP580水平式低壓熱壁CVD系統(tǒng)，生長(zhǎng)時(shí)襯底氣浮旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到生長(zhǎng)厚度均勻。襯底為山東大學(xué)晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供的Si面，偏離（0001）面8°的2英寸n型4H-SiC單晶，載流子濃度約為。3.SiC外延制備方法Si源：硅烷（）C源：丙烷（）N源：氮?dú)猓ǎ┥L(zhǎng)溫度：1550攝氏度壓強(qiáng)：流程圖如下：4.SiC光電器件的簡(jiǎn)介高功率器件高頻高溫器件紫外探測(cè)器件高擊穿電壓寬禁帶高熱導(dǎo)率高電流密度4.SiC光電器件的簡(jiǎn)介半導(dǎo)體SiC整流器件開關(guān)器件BipolardiodesSchottkydiodesUnipolartransistorBipolartransistorPINMOSFETJFETBJTthyristor半絕緣SiCRFtransistorMESFET一些SiC器件：4.SiC光電器件的簡(jiǎn)介SiC肖特基二極管3英寸SiC的MESFET基片SiC二極管與傳統(tǒng)Si二極管的比較6.SiC紫外探測(cè)器的制備實(shí)例：SiC肖特基紫外光電探測(cè)器件的研制。器件制備的半導(dǎo)體材料：4H-SiC；襯底：N+型，電阻率0.014Ω*cm，厚度300um；外延層：N型，摻雜濃度3.3E15/cm3，厚度10um。5.SiC光電器件的前景近年來，Si功率器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝日趨完善，已經(jīng)接近其材料特性決定的理論極限，依靠Si器件繼續(xù)完善來提高裝置與系統(tǒng)性能的潛力十分有限。隨著SiC襯底材料和器件制造工藝如：外延、歐姆接觸、氧化及刻蝕等技術(shù)上取得的重大進(jìn)展，SiC在各類新材料中脫穎而出，在整流器、雙極晶體管及MOSFET等多種類型的功率開關(guān)器件方面取得來令人矚目的進(jìn)展。根據(jù)預(yù)測(cè)，到2015年SiC器件市場(chǎng)的規(guī)模將達(dá)到8億美元。盡管SiC器件取得了令人鼓舞的進(jìn)展，已經(jīng)有了很多實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品，而且部分產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入了市場(chǎng)，但是目前存在的幾個(gè)市場(chǎng)和技術(shù)挑戰(zhàn)限制了其商品化進(jìn)程的進(jìn)一步發(fā)展。挑戰(zhàn)：1.昂貴的SiC單晶材料。2.單晶材料本身的缺陷，包括微管道、位錯(cuò)等仍會(huì)對(duì)器件造成影響。3.SiC器件的可靠性問題。4.大功率器件的封裝問題。5.SiC光電器件的前景隨著各個(gè)國(guó)家在SiC項(xiàng)目上投入力度的加大，SiC功率器件面臨的技術(shù)難題正在逐步降低，只要