碳化硅薄膜应用

关于碳化硅薄膜应用第1页，讲稿共10页，2023年5月2日，星期三碳化硅薄膜应用半导体材料的发展史中，一般将si，Ge称为第一代电子材料，GaAs，Inp,InAs及其合金等称为第二代电子材料，而将宽带高温半导体SiC，GaN，AiN，金刚石等称为第三代半导体材料。随着科学技术的发展，对能在极端条件下工作的电子器件的需求越来越迫切，常规半导体如Si，GaAs已面临严峻挑战，发展带宽隙半导体（Eg>2.3Ev)材料已成为当务之急。SiC是第三代半导体材料的核心之一。第2页，讲稿共10页，2023年5月2日，星期三SiC的优点：带隙宽，热导率高，电子饱和漂移速率大，化学稳定性好等，非常适于制作高温，高频，抗辐射，大功率和高密度集成的电子器件。利用其特有的禁带宽度（2,。3ev~3.3eV），还可以制作蓝，绿光和紫外光的发光器件和光探测器件。另外，与其他化合物半导体材料如GaN，AlN等相比，SiC的独特性质是可以形成自然氧化层SiO2.这对制作各种一MOS为基础的器件是非常有利的。第3页，讲稿共10页，2023年5月2日，星期三第4页，讲稿共10页，2023年5月2日，星期三第5页，讲稿共10页，2023年5月2日，星期三现状：随着社会信息化的需要和现代电子系统的迅速发展，越来越迫切需要Si和GaAs器件难以承受的高温环境下工作的电子器件，取掉系统中现有的冷却装置，适应电子装备的进一步小型化。在寻求高温工作器件的同时，研制高频大功率、抗辐照、高性能半导体器件也是90年代以来微电子领域的重点之一。以sic、GaN、金刚石为代表的宽带隙半导体材料具有禁带宽度大、击穿场强高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小、抗辐照能力强、化学稳定性良好等独特的特性，使其在光电器件、高频大功率器件、高温电子器件等方面倍受青睐，被誉为前景十分广阔的第三代半导体材料。金刚石的特性虽然最佳，但由于受加工技术和设备条件的限制，加上其制作成本过高，因而，目前的研究重点多集中于siC和GaN，并取得了重大进展。sic的性能优点激励着人们对其进行大量的研究，器件的开发已经取得显著进步，其中最引人注目的电力器件是肖特基整流器、晶闸管和功率MOsFET等。sic优于Si和GaAs的材料性能，有着诱人的应用前景，尤其sic器件可在大于200℃的高温环境下工作，并具有较强的抗辐照能力，这是Si和GaAs器件不能相比的，所以近几年来，许多国家投入大量人力物力进行研究开发。第6页，讲稿共10页，2023年5月2日，星期三SiC器件及其应用随着SiC材料制备技术的进展及器件工艺技术的进步，siC器件和电路的发展也十分迅速。采用SiC材料研制的器件种类很多，如SiC二极管、siCJEET、SiCMESFET、SiCMOSFET、SiCHBT、SiCHEMT、SiCSIT等，下面介绍几种SiC器件及其应用情况。第7页，讲稿共10页，2023年5月2日，星期三SiC整流器AstronuclearLab研制的SiC整流器，正向电流从mA级到10A，反向电压为500V(峰值)，动态负荷条件下，在l000下时测试，寿命达到1000小时以上。SiC整流器可用于高温桥电路，交流电机和点火装置。Purdue首次研制出高压双金属沟槽(DMT)结构SiC肖特基夹断整流器。SiCDMT器件的反向偏置为300V，反向电流比平面器件小75倍，正向偏置特性仍类似于平面器件。4H—sic夹断整流器是采用一个低／高的势垒高度(Ti／Ni)DMT结构制作的。瑞典的Stockholm在1997年采用硼和铅的双注入法制作4H—sicPIN整流器，该整流器的压降在100mA／cm2下约为6V。Kimoto等人在n型厚外延层4H—SiC上制成很高击穿电压的肖特基整流器。已用结型势垒肖特基接触结构制成sic功率整流器。第8页，讲稿共10页，2023年5月2日，星期三SiC二极管瑞典KTH、RoyalInstituteofTechnology报道，1995年研制成高击穿6H—siCPIN二极管，击穿电压为4．5kV。Cree公司在85um厚的SiC外延层上制作了5900VSiCPIN二极管，正向压降在100A／cm2的电流密度下为4．2V，5500VSiCPIN二极管的反向恢复电流仅为350nA。美国RPI(RensseLaerPolytechnicInstitute)在40um厚的SiC外延层上实现了4500VsicPIN二极管，正向压降在100A／cm2的电流密度下为4．2V。CreeResearchInc．研制成的4H—SiC肖特基二级管具有非常低的反向漏电流密度(4．4×10。A／cm2，在700V下)和较高的正向偏置电流(0．5A)。美国Purdue大学已研制成SiCSBD(肖特基势垒二极管)，阻断电压为4．9kV，本征导通电阻为43m偶·cm～，在功率开关应用中作高压整流器。Purdue大学在1999年宣布了一个目前世界最高水平的SiC肖特基二极管，制作在50um厚的SiC外延层上。据报道，SiC