4H-SiC/SiO2界面特性与氧化工艺研究

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4H-SiC MOSFET具有开关频率高、功率密度大、耐高温、抗辐照等优点,在军用和民用领域前景广阔。但由于4H-SiC/SiO2界面态密度高,导致沟道迁移率降低,阈值电压不稳定,严重阻碍了4H-SiC MOSFET的发展。  在根据所承担的项目任务完成了1200V4H-SiC VDMOSFET元胞结构的设计任务的基础上,重点针对目前4H-SiC MOS器件开发中存在的沟道迁移率低的问题,研究了SiC/SiO2界面态的成因,建立了连续界面态模型,使用Silvaco软件模拟了SiC/SiO2界面态对所设计的4H-SiC VDMOSFET电学参数的影响,进行了旨在降低SiC/SiO2界面中C含量和界面态密度的两步氧化工艺的探索,采用椭偏仪、XPS、C-V特性测试仪等设备测试分析了实验结果,初步得到了以下主要结论:  1.Silvaco软件仿真结果表明:界面态密度严重影响阈值电压的稳定性并导致迁移率、跨导、漏极电流密度显著下降;相比没有陷阱密度时的情况,当总界而态密度为1012cm-2eV-1数量级时,阈值电压的漂移量为0.93 V,迁移率下降近80%,跨导下降近50%,漏极电流密度下降1个数量级;当界面态密度下降至1010 cm-22eV-1数量级时,迁移率、跨导下降10%,闽值电压漂移现象消失,从而为氧化层制备工艺提供了参考依据。  2.XPS分析结果表明1200℃氧化制备的薄氧化层的厚度为14.878nm时,经800℃退火后,氧化层中的C含量可降低至8%以下,与文献中报道的实验结果相比较,C含量大幅度降低,为制备C含量低的氧化层奠定了基础。  3.采用两步氧化工艺制备的4H-SiC/SiO2/Al MOS电容的准静态C-V测试结果表明在距导带底0.25eV处界面态密度可降低至~7.638×1010 cm-2eV-1,说明该新型氧化工艺能有效降低界面态密度,具有一定的现实可行性。
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