【摘要】：碳化硅(SiC)因其優(yōu)異的電特性、熱特性以及抗輻照性,成為應(yīng)用于高頻、高功率、強(qiáng)輻射環(huán)境的一種極具潛力的材料。而如今SiC功率器件,比如SiC SBD二極管和SiC MOSFET因其特有的優(yōu)勢(shì),開始應(yīng)用于空間電子設(shè)備中。MOS電容是MOSFET的基本結(jié)構(gòu),所以系統(tǒng)研究SiC MOS電容和SBD的輻照效應(yīng)對(duì)提高SiC基電子設(shè)備的抗輻照性、器件的使用壽命有很重要的意義。而且MOS電容和SBD二極管有共同的氧化層和外延層結(jié)構(gòu),可以為彼此輻照效應(yīng)的解釋提供一定的依據(jù)。本文首次對(duì)濕氧工藝生長(zhǎng)后在NO中退火不同時(shí)間的4H-SiC MOS電容和SBD進(jìn)行了質(zhì)子輻照實(shí)驗(yàn)和輻照損傷機(jī)理的研究。論文的主要研究工作如下:(1)首先利用SRIM軟件模擬計(jì)算入射離子與靶材料原子的相互作用過程,SRIM仿真結(jié)果表明5MeV的質(zhì)子在SiO_2和SiC中都會(huì)造成電離效應(yīng)和位移效應(yīng),而且能量損失集中在射程終端,在我們較關(guān)注的氧化層、SiO_2/SiC界面和外延層能量沉積基本均勻。在SiO_2和SiC中,質(zhì)子入射之后核阻止本領(lǐng)都遠(yuǎn)小于電子阻止本領(lǐng),因此對(duì)于SiO_2質(zhì)子的能量沉積主要考慮電離效應(yīng),但對(duì)于SiC,電離效應(yīng)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)會(huì)很快被復(fù)合,因此我們主要考慮其位移效應(yīng)。(2)進(jìn)行了不同劑量高溫濕氧工藝4H-SiC MOS電容的質(zhì)子輻照實(shí)驗(yàn),通過對(duì)質(zhì)子輻照前后濕氧生長(zhǎng)并在NO中退火不同時(shí)間的4H-SiC MOS電容基本電學(xué)特性進(jìn)行測(cè)試,得到由于在氧化層中電離效應(yīng)產(chǎn)生了大量的電子空穴對(duì),在外延層SiC中位移效應(yīng)引入了受主型缺陷,因此輻照后器件特性表現(xiàn)出幾方面的變化:電容降低、平帶電壓的正向偏移、回滯電壓增大、SiO_2/4H-SiC界面態(tài)降低。關(guān)于界面態(tài)我們從幾個(gè)方面進(jìn)行了分析,主要是對(duì)C=C雙鍵的分解和進(jìn)一步鈍化,以及N和H原子對(duì)Si和C的鈍化。最后,對(duì)比認(rèn)為在NO中退火時(shí)間為2h時(shí),MOS電容的抗輻照性最好。(3)對(duì)比分析質(zhì)子輻照對(duì)兩種結(jié)構(gòu)4H-SiC SBD的影響,輻照后場(chǎng)板結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)SBD的下降量更大。兩者都有以下變化,輻照在外延層中引入缺陷中心,使外延層載流子濃度和遷移率降低,從而串聯(lián)電阻增大。理想因子n增大、勢(shì)壘高度?_B降低,?_B降低導(dǎo)致反向電流中熱電子發(fā)射電流J_0和隧穿電流J_T均增大,同時(shí)缺陷充當(dāng)復(fù)合中心也使復(fù)合電流J_W增大。DLTS測(cè)試結(jié)果表明質(zhì)子輻照在SiC外延層中引入三種新的電子陷阱,并將本存在的一種陷阱退火消除或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為其他的陷阱類型。常溫退火只能使陷阱俘獲電荷有一定的釋放,當(dāng)溫度加到75℃和125℃時(shí),有小部分的位移損傷得到恢復(fù),175℃時(shí),位移損傷有明顯的恢復(fù),但仍然有部分不能消除。本文首次研究了高溫濕氧工藝SiC MOS電容,兩種結(jié)構(gòu)SBD的質(zhì)子輻照效應(yīng),并取得了一定的成果,對(duì)于SiC器件的抗輻照研究有重要的意義。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN386
【圖文】：

另一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)就是粒子的能量。通過文獻(xiàn)調(diào)研和 SRIM 仿真對(duì)半導(dǎo)體材料的損傷越小，所以，為了明顯地觀察輻照損傷影的能量，而 5MeV 的質(zhì)子入射到樣品 MOS 結(jié)構(gòu)中，剛好停留注的氧化層和外延層，引入的損傷比較均勻。所以本章主要研劑量的質(zhì)子對(duì)濕氧氧化的 4H-SiC MOS 電容的影響。照實(shí)驗(yàn)在北京大學(xué)重離子物理研究所，使用 EN 串列靜電加速 所示。首次實(shí)驗(yàn)主要是基礎(chǔ)性規(guī)律研究，采用三種樣品在同一進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。質(zhì)子能量為 5 MeV，輻照劑量分別為：5×1012cm-2、5，各個(gè)劑量對(duì)應(yīng)的輻照時(shí)間分別是 7 min、70.55 min、7.53 h。在氧化退火工藝中不同的 NO 退火時(shí)間對(duì)質(zhì)子輻照效應(yīng)的影響采用 5MeV 的質(zhì)子，輻照劑量為 2×1013cm-2，為了排除不同批影響，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，我們對(duì)兩組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行處理分析。偏置下進(jìn)行。圖 3.6 是輻照實(shí)驗(yàn)中器件的擺放位置，中間直徑用來(lái)檢測(cè)打過去的粒子數(shù)，從而檢測(cè)質(zhì)子的劑量。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2722654