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6H-SiC SBSD-Mosfet器件的研究1、前言 SIC是Si和C的唯一稳定化合物，并在理化性质方面有许多独特之处。作为前最热门的半导体材料之一，因其具有宽禁带，高击穿电场，高载流子饱和速率和高热导率等许多优点，在微电子领域有着广泛的应用前景。 作为一种新型的半导体材料，SiC以其优良的物理化学特性和电特性成为制造短波长光电子器件、高温器件、抗辐照器件和大功率／高额电子器件最重要的半导体材料。特别是在极端条件和恶劣条件下应用时，SiC器件的特性远远超过了si器件和GgAs器件。因此，SiC器件和各类传感器已逐步成为关键器件之一，发挥着越来越重要的作用。目前，SiC器件的研究主要以分立器件为主。对于每一种器件结构，其最初的研究都是将相应的si或者GaAs器件结构简单地移植到SiC上，而投有进行器件结构的优化。由于SiC的本征氧化层和si相同，均为sio2，这意味着大多数si器件特别是MOS型器件都能够在SiC上制造出来。由于宽禁带半导体材料碳化硅( SiC) 具有禁带宽度大、击穿电场强度高、导热系数大、电子饱和漂移速度高等特点而被认为是制作高温大功率器件最理想的半导体材料之一。尤其重要是的, SiC 材料是目前惟一能够热氧化生成二氧化硅的化合物半导体材料, 这就使得SiC 器件的制备得以与现有的Si 器件制备工艺兼容, 易于制备SiC MOS 器件. 与传统的Si MOSFET 相比, SiC MOSFET 可以在更高的温度和电压下工作, 而且具有非常好的转移特性。2、SiC的n型和p型掺杂 掺杂是最基本的器件工艺，但由于一般杂质在SIC中的扩散系数比较小，所以对SIC不宜采用扩散掺杂，而只能采用离子注入或外延控制掺杂。在SIC的离子注入中，n型掺杂一般用电子级纯度的氮气做掺杂剂，p型掺杂一般使用三甲基铝，氮离子注入对晶格的损伤比较容易用退火的方法消除，但由于铝原子比碳原子大得多，注入对晶格的损伤和杂质处于未激活状态的情况比较严重，往往要在相当高的衬底温度下进行，并在更高的温度下退火。目前，p型离子注入的问题还比较多，从杂质选择到退火温度一系列工艺参数还需要优化。外延控制掺杂可以很好的控制杂质的浓度和均匀性，也被人们广泛的研究。在siC的气相外延中，同步掺杂对n型一般用NZ源或NH3源掺氮，或用PH3做源掺P，用AsH3做源掺As;对p型则用BZH6做源掺B，用AIC13或三甲基铝做源掺Al，或用三甲基嫁做源掺Ga。实验发现，在杂质源不变的情况下，SIC汽相外延同步掺杂的效率，也即单位体积外延层中结合的有效杂质数目，与外延层的结晶类型关系不大图一，6H-SiC SBSD-MOSFET结构图2、器件结构 对于常规MOSFET器件来说，随着工艺的进步，沟道长度不断减小，源漏区耗尽层变得可以与沟道长度相比拟，短沟道效应突显严重。此时，沟道中的电势分布将变为二维分布（受栅压控制的横向电场Ex和受漏压控制的纵向电场Ey）。因而，一个超薄、高电导的源漏结是十分有必要的，SBSD-MOSFET就是基于这样的考虑提出来的。2、SBSD-MOSFET的电流输运机制根据SBSD-MOSFET 的结构特点, 可以将其看作是两个背靠背的肖特基二极管. 源漏区肖特基接触界面的特性和常规肖特基二极管相似。6H-SiC能带图当栅压VG为零偏时,，源漏区均有高度为的肖特基势垒, 阻碍载流子流动, 器件处于关态, 如图1( a ) . 当栅压VG 大于阈值电压VT , p 型半导体的表面将会反型成n 型, 引起能带弯曲,势垒高度相应的变为, n 型沟道出现, 如图1( b) . Vbi为肖特基结的自建势,为SiC 平衡费米能级和导带底的差距. 工作状态下( V G VT , VDS 0) , 源端的肖特基结反偏, 漏端的肖特基结正偏, 电子主要靠隧道效应( 伴随有热电子发射) 从源区通过金属/ SiC 界面的肖特基势垒注入反型的n 型沟道, 流向漏区, 形成电流. 随着栅压VG 增大, 减小, 势垒厚度变窄, 从而电子的隧穿几率增大. 源漏电压VDS增大, 源端肖特基结的反向偏压增大, 势垒变窄, 漏端沟道一侧的势垒降低, 漏电流增大. VDS进一步增大, 夹断点进入沟道, 漏电流开始饱和.基于上述工作机理, 器件结构特性被分为连续的三部分, 如图2 所示. 左端和右端分别是源极和漏极的肖特基势垒, 中间部分是n 型反型层; 和分别是源端和漏端的实际势垒高度; J S , J C , J D 分别表示源极肖特基势垒的反向电流密度, 沟道电流密度和漏极肖特基势垒的正向电流密度; L S , L C, LD 分别表示源极肖特基势垒, 沟道肖特基势垒和漏极肖特基势垒的宽度. VCSS与VCDS分别表示尖断点与源极之间的反向偏压( 源极接地) .