本文選題：4H-SiC　切入點：C(碳)離子注入　出處：《西安電子科技大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：目前,SiC雙極器件在超高壓(UHV)功率器件領(lǐng)域的應(yīng)用還存在一個熱點問題,即SiC材料的載流子壽命問題。4H-SiC材料由于具有大的禁帶寬度,高的擊穿電場以及高的熱導(dǎo)率等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用到高溫、高壓以及大功率半導(dǎo)體器件的制備當(dāng)中。在4H-SiC雙極器件中,漂移層的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)決定了器件的正向壓降,并且強烈的依靠于漂移層的載流子壽命,即4H-SiC材料壽命越長,其電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)越大。而在4H-SiC材料中限制載流子壽命的主要缺陷為Z_(1/2)深能級陷阱。因此,為了使得超高壓雙極器件具有更小的開態(tài)損耗和更低的正向壓降,降低4H-SiC材料中深能級陷阱Z_(1/2)從而相應(yīng)的增強其載流子壽命就變得越來越重要。目前國內(nèi)外比較常用的降低4H-SiC材料的主要壽命限制缺陷Z_(1/2),即增強4H-SiC材料壽命的技術(shù)手段有:C(碳)或Si(硅)離子注入、高溫?zé)嵫趸约氨砻驸g化處理等。本文主要采用C(碳)離子注入技術(shù)手段,即對NPP結(jié)構(gòu)的4H-SiC外延片進行C(碳)離子注入,并使用DLTS(深能級瞬態(tài)譜)研究了C(碳)離子注入對4H-SiC材料中壽命限制缺陷的影響,且進一步制備了外延層經(jīng)過C(碳)離子注入的4H-SiC PiN二極管,通過其正反向特性研究了4H-SiC外延材料壽命增強后的PiN二極管的特性。本文主要從以下幾個方面進行了展開研究:首先,通過Silvaco半導(dǎo)體仿真軟件對實驗中C(碳)離子注入的能量和劑量進行了仿真設(shè)計。仿真結(jié)果顯示,本次實驗的C(碳)離子注入的最佳條件為:500℃條件下,C(碳)離子注入的能量和劑量最佳組合分別為80keV,5×1014cm-2和120keV,9×1014cm-2,其中注入掩膜層SiO2的厚度為0.2um。其次,通過DLTS(深能級瞬態(tài)譜)對加C(碳)離子注入的4H-SiC二極管樣品進行測試分析,結(jié)果表明,通過C(碳)離子注入的4H-SiC外延片其主要壽命限制缺陷Z_(1/2)的濃度顯著降低,且很大程度上表明了半導(dǎo)體材料中載流子壽命的增強。最后,研究了壽命增強后的4H-SiC PiN二極管的正反向性能。從正向I-V(電流-電壓)特性可以得出,經(jīng)過碳離子注入的PiN二極管的正向電壓在3.3V左右,比未經(jīng)碳離子注入的PiN二極管低得多。經(jīng)過碳離子注入的PiN二極管的差分導(dǎo)通電阻為4.38mΩ·cm2@100A/cm2,比未經(jīng)碳離子注入的PiN二極管降低了大約50%。對經(jīng)過碳離子注入的PiN二極管,測得了其溫度從25℃變化到180℃時的正向特性,從測試結(jié)果可以看出,PiN二極管的正向壓降隨著溫度的升高而減小。從反向I-V(電流-電壓)特性可以看出,經(jīng)過碳離子注入處理的二級管樣品的反向漏電也明顯有所下降。從器件的反向擊穿特性曲線得出C離子注入對4H-SiC PiN二極管的反向耐壓幾乎沒有影響,最后,通過對壽命增強后的4H-SiC PiN二極管的反向恢復(fù)特性進行仿真,結(jié)果表明載流子壽命越長,對應(yīng)的二極管的反向恢復(fù)時間就越長。因此,我們可以得出,降低4H-SiC外延材料中的Z_(1/2)深能級缺陷可以顯著地提高其載流子壽命,并且進一步可以使得4H-SiC PiN二極管正反向特性得到改善,從而可以進一步說明C(碳)離子注入對于優(yōu)化4H-SiC外延材料與改善相應(yīng)的4H-SiC PiN管性能有很大的積極意義。
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【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN304.24

【參考文獻】

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1 高冬美;陸綺榮;韋艷冰;黃彬;;P型4H-SiC少數(shù)載流子壽命的研究[J];中國測試;2012年01期

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本文編號：1638086