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的特性研究

对4H-SiC MESFET的特性研究发现,在室温下4H-SiC MESFET饱和漏电流的值为0.75A/mm,随着温度的上升,器件的饱和漏电流和跨导一直下降;栅长越短,沟道层掺杂浓度越高,饱和漏电流就越大.300K时器件的击穿电压为209V,计算出来的最大功率密度可达19.22W/mm.这些结果显示了4H-SiC在高温、高压、大功率器件应用中的优势.     

4H-SiC同质外延层的质量表征

在高纯半绝缘4H-SiC偏8°衬底上同质外延生长了高质量的外延层,利用X射线双晶衍射、原子力显微镜(AFM)、汞探针C-V以及霍尔效应等测试方法,对样品的结晶质量、表面粗糙度、掺杂浓度以及电子迁移率进行了分析测试,证实外延层的结晶质量相对于衬底有着很大的改善。在同质外延7.5μm的外延层后,其半高宽从衬底的30.55arcsec减小到27.85arcsec;外延层表面10μm×10μm的粗糙度(RMS)为0.271nm;室温下,样品的掺杂浓度为1×1015cm-3时,霍尔迁移率高达987cm2/(V.s);浓度为1.5×1016cm-3时,霍尔迁移率为821cm2/(V.s)。77K时,霍耳迁移率分别为1.82×104cm2/(V.s)和1.29×104cm2/(V.s)。掺杂浓度的汞探针C-V测试结果与霍尔效应的实验数据一致。     

4H-SiC MESFET器件的制备与性能

在半绝缘4H-SiC衬底上成功制备出MESFET器件,并完成直流特性测试和交流小信号特性测试工作.共制备出3种结构尺寸的MESFET器件,其栅长栅宽分别为0.5μm/80μm,0.7μm/80μm和2μm/2mm,其中0.5μm/80/μm的MESFET器件的漏极电流密度最高,频率特性最好.在漏源电压Vds=10V时,它的漏极电流Ids约为14mA,电流密度为175mA/mm,最大跨导为25mS/mm,fT=3.5GHz,fmax=7GHz.     

4H-SiC MESFET器件的制备与性能

在半绝缘4H-SiC衬底上成功制备出MESFET器件,并完成直流特性测试和交流小信号特性测试工作.共制备出3种结构尺寸的MESFET器件,其栅长栅宽分别为0.5μm/80μm,0.7μm/80μm和2μm/2mm,其中0.5μm/80/μm的MESFET器件的漏极电流密度最高,频率特性最好.在漏源电压Vds=10V时,它的漏极电流Ids约为14mA,电流密度为175mA/mm,最大跨导为25mS/mm,fT=3.5GHz,fmax=7GHz.     

4H-SiC MESFET直流I-V特性解析模型

提出一种改进的4H-SiC MESFET非线性直流解析模型,该模型基于栅下电荷的二维分布进行分析,在分析电场相关迁移率、速度饱和的基础上,考虑沟道长度调制效应对饱和区漏电流的影响,建立基于物理的沟道长度调制效应模型,模拟结果与实测的I-V特性较为吻合。在器件设计初期,可以有效地预测器件的工作状态。     

一种改进的4H-SiC MESFET大信号解析模型

提出了一种基于器件物理和结构参数并可直接应用于射频电路CAD工具的4H-SiC MESFET大信号解析模型.大信号模型基于4H-SiC MESFET的物理工作机理,源漏电流模型采用Materka的改进模型,沟道长度调制系数和饱和电压系数采用了栅源电压的一次函数建模;大信号电容模型采用电荷-电压(Q-V)的电容积分形式.该大信号模型已经应用在CAD工具中.模拟结果与实验结果符合良好,模型的有效性得到验证.     

4H-SiC MESFET频率特性研究

研究了4H-SiCMESFET的频率特性与器件几何及物理参数的关系。发现常温300K时,4H-SiCMESFET的截止频率随沟道掺杂浓度增加而上升;随沟道厚度的增加而降低;随栅长的增加而下降;随工作温度的增加变化很小,500K以上时略有降低。300K下,在沟道掺杂为4×1017cm-3、沟道厚度为0.25mm、栅长0.30mm、栅压偏置为-5V时,模拟得到的截止频率fT达到18.62GHz,显示该器件在高频、高温、大功率领域的极大优越性和应用前景。     

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。     

4H-SiC MESFET新结构的特性分析

随着新型材料技术的不断发展,金属半导体材料不断被研发出来,推动了我国微电子产业的发展。碳化硅材料具备诸多优点,在金属半导体场效应晶体管制造中取得显著进展。现将浮空金属板加入到双凹型4H-Si C MESFET栅漏间,并将阶梯沟道引入,使漏端周围的栅边缘电场积聚显著减少,促进击穿电压提升。通过二维数值模拟,可以发现此结构在击穿电压与饱和漏电流方面,具备显著优势。     

4H-SiC MESFET结构与直流特性研究

运用二维器件模拟器ISETCAD对4H-SiCMESFET不同结构的直流特性进行了模拟,重点考虑表面陷阱对直流特性的影响。与凹栅结构相比,埋栅结构的器件降低了表面陷阱对电流的影响,饱和漏电流提高了37%,而且阈值电压的绝对值增大、跨导升高,对提高4H-SiCMES-FET器件的输出功率起到一定的作用。     

4H-SiC MESFET器件工艺

介绍了制作4H-SiC MESFET器件的关键工艺.通过改进工艺,采用半绝缘衬底的国产SiC三层外延片,制造出总栅宽为1mm,2GHz连续波下输出功率大于4W,小信号增益大于10dB的SiC MESFET.     

4H-SiC MESFET器件工艺

介绍了制作4H-SiC MESFET器件的关键工艺.通过改进工艺,采用半绝缘衬底的国产SiC三层外延片,制造出总栅宽为1mm,2GHz连续波下输出功率大于4W,小信号增益大于10dB的SiC MESFET.     

4°偏角4H-SiC单晶快速外延生长工艺研究

高质量快速SiC外延生长工艺技术是目前高压电力电子器件研制的关键工艺技术。采用HCl气体作为含Cl化合物,研究了不同温度、气相y(C)/y(Si)摩尔比和刻蚀工艺等对于SiC外延层质量的影响。通过优化外延工艺参数,采用原位HCl刻蚀工艺,获得了SiC单晶外延生长速率达32μm/h的快速外延生长工艺,外延层表面平滑,表面粗糙度仅0.218 nm,晶片外延层厚度不均匀性小于0.4%。     

国产4H-SiC SI衬底MESFET外延生长及器件研制

以国产衬底实现SiC加工工艺链为目标,采用国产4H-SiC半绝缘衬底材料外延得到4H-SiC MESFET结构材料.外延片XRD半宽43.2 arcs,方块电阻121点均匀性18.39%,随后制备出的具有直流特性的4H-SiC MESFET器件管芯,器件总栅宽250 μm,饱和电流密度680 mA/mm,跨导约为20 mS/mm,在20 V下的栅漏截止漏电为10 μA,2 mA下栅漏击穿电压为80 V.比例占总数的70%以上.初步实现从衬底到外延,进而实现器件的完整工艺链,为进一步的工艺循环打下良好基础.     

n沟道4H-SiC MESFET研究

报告了4H-SiCMESFET的研制。通过对SiC关键工艺技术进行研究,设计出初步可行的工艺流程,并且制成单栅宽120μmn沟道4H-SiCMESFET,其主要直流特性为在Vds=30V时,最大漏电流密度Idss为56mA/mm,最大跨导Gm为15mS/mm;漏源击穿电压最高达150V;微波特性测试结果在fo=1GHz、Vds=32V时该器件最大输出功率7.05mW,在fo=1.8GHz、Vds=32V时最大输出功率3.1mW。