SiC MOS界面氮等离子体改性及电学特性研究

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碳化硅(SiC)半导体由于具有宽禁带、高击穿电场、高热导率等优异特性,使其在高温、高功率、高频、高辐射等领域应用前景广阔,其研究广为关注。与其它宽带隙半导体相比,SiC能够像硅那样通过热氧化工艺生长氧化膜,这使得它更容易在成型的硅器件体系下设计和制作基于MOS(金属/氧化物/半导体)结构的器件。然而实际制作的SiC MOS器件沟道迁移率较低,其主要原因是由于SiO2/SiC的界面态密度过高。因此如何降低SiO2/SiC的界面态密度成为SiC MOS器件研究中的关键技术问题。本文首先探讨了SiO2/SiC界面态起源及其研究方法,紧接着研究SiC MOS器件工艺,在4H-SiC衬底上通过干氧氧化生长SiO2绝缘层,为了能够更好的改善界面性能,采用对氧化膜损伤较小的ECR(电子回旋共振)等离子体处理系统产生的高活性N等离子体处理SiO2/SiC界面,并与未经处理的样品对比,研究其处理效果。本文着重分析了不同工艺下制作的SiC MOS电容样品的电学特性。通过Ⅰ-Ⅴ测试和Fowler-Nordheim隧道电流模型解析进行氧化膜可靠性评价,获得的氧化膜击穿场强达9.96 MV/cm,SiO2/SiC势垒高度达2.70eV,同时验证了ECR系统的氮等离子体处理没有劣化氧化膜的耐压特性。通过高频-准静态C-V测试评价SiO2/SiC界面特性,获得了不同工艺下界面态密度分布和氧化膜中的电荷分布情况,并且经氮等离子体处理的样品的界面态密度在费米能级附近低减至2.27×1012cm-2eV-1。本文的研究结果表明,SiC MOS工艺中采取干氧氧化结合氮等离子处理工艺的方法能够有效地改善SiO2/SiC界面特性,获得理想的氧化膜击穿耐压的同时,使界面态密度显著降低,这对SiC MOS器件工艺的改善和深入研究具有重要意义。
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