碳化硅薄膜應(yīng)用

關(guān)于碳化硅薄膜應(yīng)用第1頁，共10頁，2023年，2月20日，星期五碳化硅薄膜應(yīng)用半導(dǎo)體材料的發(fā)展史中，一般將si，Ge稱為第一代電子材料，GaAs，Inp,InAs及其合金等稱為第二代電子材料，而將寬帶高溫半導(dǎo)體SiC，GaN，AiN，金剛石等稱為第三代半導(dǎo)體材料。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)能在極端條件下工作的電子器件的需求越來越迫切，常規(guī)半導(dǎo)體如Si，GaAs已面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，發(fā)展帶寬隙半導(dǎo)體（Eg>2.3Ev)材料已成為當(dāng)務(wù)之急。SiC是第三代半導(dǎo)體材料的核心之一。第2頁，共10頁，2023年，2月20日，星期五SiC的優(yōu)點(diǎn)：帶隙寬，熱導(dǎo)率高，電子飽和漂移速率大，化學(xué)穩(wěn)定性好等，非常適于制作高溫，高頻，抗輻射，大功率和高密度集成的電子器件。利用其特有的禁帶寬度（2,。3ev~3.3eV），還可以制作藍(lán)，綠光和紫外光的發(fā)光器件和光探測器件。另外，與其他化合物半導(dǎo)體材料如GaN，AlN等相比，SiC的獨(dú)特性質(zhì)是可以形成自然氧化層SiO2.這對(duì)制作各種一MOS為基礎(chǔ)的器件是非常有利的。第3頁，共10頁，2023年，2月20日，星期五第4頁，共10頁，2023年，2月20日，星期五第5頁，共10頁，2023年，2月20日，星期五現(xiàn)狀：隨著社會(huì)信息化的需要和現(xiàn)代電子系統(tǒng)的迅速發(fā)展，越來越迫切需要Si和GaAs器件難以承受的高溫環(huán)境下工作的電子器件，取掉系統(tǒng)中現(xiàn)有的冷卻裝置，適應(yīng)電子裝備的進(jìn)一步小型化。在尋求高溫工作器件的同時(shí)，研制高頻大功率、抗輻照、高性能半導(dǎo)體器件也是90年代以來微電子領(lǐng)域的重點(diǎn)之一。以sic、GaN、金剛石為代表的寬帶隙半導(dǎo)體材料具有禁帶寬度大、擊穿場強(qiáng)高、熱導(dǎo)率大、電子飽和漂移速度高、介電常數(shù)小、抗輻照能力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性良好等獨(dú)特的特性，使其在光電器件、高頻大功率器件、高溫電子器件等方面倍受青睞，被譽(yù)為前景十分廣闊的第三代半導(dǎo)體材料。金剛石的特性雖然最佳，但由于受加工技術(shù)和設(shè)備條件的限制，加上其制作成本過高，因而，目前的研究重點(diǎn)多集中于siC和GaN，并取得了重大進(jìn)展。sic的性能優(yōu)點(diǎn)激勵(lì)著人們對(duì)其進(jìn)行大量的研究，器件的開發(fā)已經(jīng)取得顯著進(jìn)步，其中最引人注目的電力器件是肖特基整流器、晶閘管和功率MOsFET等。sic優(yōu)于Si和GaAs的材料性能，有著誘人的應(yīng)用前景，尤其sic器件可在大于200℃的高溫環(huán)境下工作，并具有較強(qiáng)的抗輻照能力，這是Si和GaAs器件不能相比的，所以近幾年來，許多國家投入大量人力物力進(jìn)行研究開發(fā)。第6頁，共10頁，2023年，2月20日，星期五SiC器件及其應(yīng)用隨著SiC材料制備技術(shù)的進(jìn)展及器件工藝技術(shù)的進(jìn)步，siC器件和電路的發(fā)展也十分迅速。采用SiC材料研制的器件種類很多，如SiC二極管、siCJEET、SiCMESFET、SiCMOSFET、SiCHBT、SiCHEMT、SiCSIT等，下面介紹幾種SiC器件及其應(yīng)用情況。第7頁，共10頁，2023年，2月20日，星期五SiC整流器AstronuclearLab研制的SiC整流器，正向電流從mA級(jí)到10A，反向電壓為500V(峰值)，動(dòng)態(tài)負(fù)荷條件下，在l000下時(shí)測試，壽命達(dá)到1000小時(shí)以上。SiC整流器可用于高溫橋電路，交流電機(jī)和點(diǎn)火裝置。Purdue首次研制出高壓雙金屬溝槽(DMT)結(jié)構(gòu)SiC肖特基夾斷整流器。SiCDMT器件的反向偏置為300V，反向電流比平面器件小75倍，正向偏置特性仍類似于平面器件。4H—sic夾斷整流器是采用一個(gè)低／高的勢壘高度(Ti／Ni)DMT結(jié)構(gòu)制作的。瑞典的Stockholm在1997年采用硼和鉛的雙注入法制作4H—sicPIN整流器，該整流器的壓降在100mA／cm2下約為6V。Kimoto等人在n型厚外延層4H—SiC上制成很高擊穿電壓的肖特基整流器。已用結(jié)型勢壘肖特基接觸結(jié)構(gòu)制成sic功率整流器。第8頁，共10頁，2023年，2月20日，星期五SiC二極管瑞典KTH、RoyalInstituteofTechnology報(bào)道，1995年研制成高擊穿6H—siCPIN二極管，擊穿電壓為4．5kV。Cree公司在85um厚的SiC外延層上制作了5900VSiCPIN二極管，正向壓降在100A／cm2的電流密度下為4．2V，5500VSiCPIN二極管的反向恢復(fù)電流僅為350nA。美國RPI(RensseLaerPolytechnicInstitute)在40um厚的SiC外延層上實(shí)現(xiàn)了4500VsicPIN二極管，正向壓降在100A／cm2的電流密度下為4．2V。CreeResearchInc．研制成的4H—SiC肖特基二級(jí)管具有非常低的反向漏電流密度(4．4×10。A／cm2，在700V下)和較高的正向偏置電流(0．5A)。美國Purdue大學(xué)已研制成SiCSBD(肖特基勢壘二極管)，阻斷電壓為4．9kV，本征導(dǎo)通電阻為43m偶·cm～，在功率開關(guān)應(yīng)用中作高壓整流器。Purdue大學(xué)在1999年宣布了一個(gè)目前世界最高水平的SiC肖特基二極管，制作在50um厚的SiC外延層上。據(jù)報(bào)道，SiC