4H-SiC同质外延中的缺陷

从实验出发,用LPCVD外延系统在偏向<11-20>方向8°的4H-SiC(0001)Si面衬底上,利用CVD技术进行了4H-SiC同质外延生长。外延后在熔融KOH腐蚀液中进行腐蚀,使用SEM和光学显微镜表征方法探讨了CVD法4H-SiC同质外延中的位错、微管和孪晶等缺陷形貌,并分析其形成机理。     

p型4H-SiC同质外延有效层厚度

通过化学气相沉积法,采用不同生长工艺在4°偏角4H-SiC衬底上制备p型4H-SiC同质外延片。提出了p型4H-SiC同质外延中有效层厚度的概念,研究发现导致外延有效层厚度减少的直接原因是自掺杂效应的存在。采用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、汞探针电容电压(Hg-CV)和表面缺陷测试仪对p型4H-SiC同质外延片进行表征,讨论了不同工艺对外延有效层厚度的影响。结果表明,采用隔离法和阻挡层法均能提高外延有效层厚度,且掺杂浓度随距表面深度变化斜率值由1.323减小到0.073。然而,阻挡层法斜率值能进一步优化至0.050,是由于有效抑制了外延中固相和气相自掺杂。对比于优化前工艺,采用阻挡层法制备的p型4H-SiC同质外延片厚度不均匀性和表面总缺陷数量处于同一水平,掺杂浓度不均匀性由2.95%改善到2.67%。综上,采用阻挡层法能够制备出高有效层厚度、高一致性和高质量的p型4H-SiC同质外延片。     

4H-SiC MESFET结构外延生长技术

利用热壁式CVD技术生长4H-SiC MESFET结构外延材料,TMA和氮气分别用作p型和n型掺杂源.外延层厚度使用SEM进行表征,SIMS及汞探针C-V用作外延层掺杂浓度测试.通过优化生长参数,成功生长出高质量的MESFET结构外延材料并获得陡峭的过渡掺杂曲线,并给出了部分器件测试结果.     

4H-SiC MESFET结构外延生长技术

利用热壁式CVD技术生长4H-SiC MESFET结构外延材料,TMA和氮气分别用作p型和n型掺杂源.外延层厚度使用SEM进行表征,SIMS及汞探针C-V用作外延层掺杂浓度测试.通过优化生长参数,成功生长出高质量的MESFET结构外延材料并获得陡峭的过渡掺杂曲线,并给出了部分器件测试结果.     

基于国产单晶衬底的150 mm 4H-SiC同质外延技术进展

高阻断电压、大功率密度、高转化效率是电力电子器件技术持续追求的目标,基于4H-SiC优异的材料特性,在电力电子器件应用方面具有广阔的发展前景。围绕SiC MOSFET器件对外延材料的需求,介绍了国内外主流的SiC外延设备及国产SiC衬底的发展,并重点介绍了宽禁带半导体电力电子器件国家重点实验室在国产150 mm(6英寸)SiC衬底上的高速外延技术进展。通过关键技术攻关,实现了150 mm SiC外延材料表面缺陷密度≤0.5 cm^-2,BPD缺陷密度≤0.1 cm^-2,片内掺杂浓度不均匀性≤5%,片内厚度不均匀性≤1%。基于自主外延材料,实现了650～1 200 V SiC MOSFET产品商业化以及6.5～15 kV高压SiC MOSFET器件的产品定型。     

n型4H-SiC同质外延层上欧姆接触的研究

介绍了n -SiC/Ti/Pt欧姆接触的制备方法及其接触特性,其中n -SiC外延层是通过化学气相淀积的方法在偏离(0001)方向7.86.的4H-SiC衬底上进行同质外延生长所得.对于n -SiC/Ti/Pt接触系统,通过合金实验得到最优的欧姆接触制备条件,得到最小的比接触电阻为2.59×10-6 Ω·cm2,满足器件性能,为各种SiC器件的实现奠定了基础.同时,该接触系统还具有很好的高温稳定性,在100 h的400℃高温存储实验后,其比接触电阻基本稳定.     

高质量6英寸4H-SiC同质外延层快速生长

采用化学气相沉积法在6英寸(1英寸= 2.54 cm)4°偏角4H-SiC衬底上进行快速同质外延生长,通过研究Si/H2比(所用气源摩尔比)与生长速率的相互关系,使4H-SiC同质外延层生长速率达到101 μm/h.同时,系统研究了 C/Si比对4H-SiC同质外延层生长速率、表面缺陷密度和基面位错密度的影响.采用光学...     

4H-SiC同质外延基面位错的转化

采用化学气相沉积法在4°偏角4H-SiC衬底上进行同质外延生长,并使用500℃熔融KOH对SiC衬底及外延片进行腐蚀。采用同步加速X射线衍射仪和光学显微镜对外延前后基面位错(BPD)形貌进行系统表征,分析了基面位错向刃位错转化的过程。外延生长过程中同时存在台阶流生长和侧向生长(即垂直于台阶方向)两种模式,当侧向生长模式占主导时,能够有效地抑制基面位错向外延层的延伸;当台阶流生长模式占主导时,基面位错延伸至外延层。结果表明,随着碳硅比增加,外延层基面位错密度能够降低至0.05 cm~(-2),这是由于侧向生长增强导致的。通过优化碳硅比,能够制备出高质量的4H-SiC同质外延片,其基面位错密度和表面缺陷密度分别为0.09和0.12 cm~(-2)。     

4H-SiC低压热壁CVD同质外延生长及特性

为了获得高质量4H-SiC外延材料,研制出一套水平式低压热壁CVD(LP-HWCVD)生长系统,在偏晶向的4H-SiC Si(0001)晶面衬底上,利用"台阶控制生长"技术进行了4H-SiC的同质外延生长,典型生长温度和压力分别为1500℃和1.3×103Pa,生长速率控制在1.0μm/h左右.采用Nomarski光学显微镜、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射、Raman散射以及低温光致发光测试技术,研究了4H-SiC的表面形貌、结构和光学特性以及用NH3作为n型掺杂剂的4H-SiC原位掺杂技术,并在此基础上获得了4H-SiC p-n结二极管以及它们在室温及400℃下的电致发光特性,实验结果表明4H-SiC在Si不能工作的高温环境下具有极大的应用潜力.     

4H-SiC低压热壁CVD同质外延生长及特性

为了获得高质量4H-SiC外延材料,研制出一套水平式低压热壁CVD(LP-HWCVD)生长系统,在偏晶向的4H-SiCSi(0001)晶面衬底上,利用“台阶控制生长”技术进行了4H-SiC的同质外延生长,典型生长温度和压力分别为1500℃和1.3e3Pa,生长速率控制在1.0μm/h左右.采用Nomarski光学显微镜、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射、Raman散射以及低温光致发光测试技术,研究了4H-SiC的表面形貌、结构和光学特性以及用NH3作为n型掺杂剂的4H-SiC原位掺杂技术,并在此基础上获得了4H-SiCp-n结二极管以及它们在室温及400℃下的电致发光特性,实验结果表明4H-SiC在Si     

Characterization of Ti schottky diodes on epi-regrown 4H-SiC

The electrical characteristics of Schottky diodes fabricated on n-type epi layers regrown over an n-drift layer and regrown over a drift layer with selective boron-implanted p-type regions have been evaluated and compared to those on virgin, as-grown commercial epi-drift layers. Slightly lower (0.1–0.2 eV) Schottky barrier heights and larger ideality factors (1.2 vs. 1.03) were extracted for the regrown diodes from forward current-voltage and capacitance-voltage measurements. Although more than 1–2 orders higher reverse leakage current were also observed, our epi-regrowth process is still considered adequate for novel power device realization.     

Al掺杂4H-SiC同质外延的缓冲层

利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线双晶衍射谱(XRD)和光致发光谱(PL)对在4H-SiC单晶衬底上采用CVD同质外延的4H-SiC单晶薄膜的特性进行研究,发现外延层有很好的晶格结构和完整性。由于Al原位掺杂引起的晶格失配和衬底和外延的晶向偏离,在样品的衬底和外延的界面出现了约1μm的缓冲层,使得XRD摇摆曲线距主峰左侧约41arcs出现了强衍射峰。缓冲层中存在大量的堆垛缺陷和位错,引入缺陷能级,使室温PL测试为"绿带"发光。通过PL全片扫描发现缓冲层在整个样品中普遍存在且分布均匀。     

Characterization of phosphorus implantation in 4H-SiC

We report the characterization of phosphorus implantation in 4H-SiC. The implanted layers are characterized by analytical techniques (secondary ion mass spectrometry, transmission electron microscopy) as well as electrical and a sheet resistance value as low as 160 Ω/□ has been measured. We have also studied the effect of annealing time and temperature on activation of phosphorus implants. It has been shown to possible to obtain low sheet resistance (∼260 Ω/□) by annealing at a temperature as low as 1200°C. High-dose (∼ 4 × 10¹⁵ cm⁻²) implants are found to have a higher sheet resistance than that on lower dose implants which is attributed to the near-surface depletion of the dopant during high temperature anneal. Different implantation dosages were utilized for the experiments and subsequently junction rectifiers were fabricated. Forward characteristics of these diodes are observed to obey a generalized Sah-Noyce-Shockly multiple level recombination model with four shallow levels and one deep level.     

4H-SiC npn BJT特性研究

基于二维器件仿真软件Medici对4H-SiC双极型晶体管(BJT)进行了建模,包括能带模型、能带窄变模型、迁移率模型、产生复合模型和不完全电离模型,为4H-SiC的工艺与器件提供了设计平台.在此基础上对4H-SiC BJT器件进行了模拟研究.结果显示,器件基极电流I_B=1μA/μm时发射极电流增益β为32.4,击穿电压BV_CEO大于800V,截止频率f_T接近1GHZ.     

大直径半绝缘4H-SiC单晶生长及表征

采用升华法稳定地生长出7.62 cm半绝缘4H-SiC单晶。通过优化钒掺杂工艺获得了均匀分布的电阻率1011Ω·cm。用激光拉曼光谱仪对晶片进行扫描,结果表明SiC单晶晶型为4H晶型。半绝缘4H-SiC单晶微管密度最好结果小于2 cm-2。用高分辨X射线衍射术表征了7.62 cm 4H-SiC单晶衬底片的结晶质量,（0004）衍射摇摆曲线半峰宽为40＂,说明晶体结晶性较好。     

水平冷壁CVD生长4H-SiC同质外延膜

采用自行设计的水平冷壁低压化学气相沉积（LPCVD）方法在偏向〈11-20〉晶向8°的n型4H-SiC（0001）衬底上进行了同质外延生长．在5.3e3Pa的低压下，外延膜生长速率超过3μm/h．电容电压法测试表明在非有意掺杂外延膜中净施主浓度为8.4e16cm－3．Nomarski显微镜观察表明厚外延膜的表面光滑，生长缺陷密度很低．AFM测试显示表面均方根粗糙度为0.3nm，没有观察到宏观台阶结构．Raman谱线清晰锐利，表现出典型的4H-SiC特征．在低温PL谱中，近带边区域出现很强的自由激子峰，表明样品是高质量的．     

4H-SiC表面热氧化生长SiOx薄膜特性的研究

采用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和X射线光电子能谱（XPS）测试方法对4H-SiC上热氧化生长的氧化硅（SiOx）薄膜表面形貌进行观测，并分析研究SiOx薄膜和SiOx/4H-SiC界面的相关性质，包括拟合Si2p、O1s和C1s的XPS谱线和分析其相应的结合能，以及分析SiOx层中各主要元素随不同深度的组分变化情况，从而获得该热氧化SiOx薄膜的化学组成和化学态结构，并更好地了解其构成情况以及SiOx/4H-SiC的界面性质。     

不同退火温度下金属/4H-SiC Schottky势垒高度的研究

采用磁控溅射的方法在4H-SiC样品上分别沉积四种金属薄膜(Ag,Cu,Ni,Cr)形成Schottky接触,研究了不同温度退火对Schottky势垒高度的影响.通过对样品的I-V测试结果的拟合,得到各金属/4H-SiC Schottky接触的势垒高度以及理想因子.在反向偏压100V下,样品的反向漏电流小于10-10A,说明样品的反向特性良好.样品经过不同温度的退火后,发现Cu、Ni与4H-SiC的势垒高度(SBH)随退火温度的升高而提高,超过某一温度,其整流特性变差;Ag、Cr的SBH在退火后降低.SBH与金属功函数呈线性关系(Cr金属除外),斜率为0.11.