一種典型半導(dǎo)體材料-SiC (2)課件

SchoolofinformationScience&EngineeringSHANDONGUNIVERSITYCHINASiC半導(dǎo)體材料目錄1.SiC材料的簡介2.SiC襯底的制備3.SiC外延制備方法4.SiC光電器件的簡介5.SiC紫外探測器的制備6.SiC光電器件的前景1.SiC材料的簡介

隨著第一代和第二代半導(dǎo)體材料發(fā)展的成熟，其器件應(yīng)用也趨于極限?，F(xiàn)代科技越來越多的領(lǐng)域需要高頻率，高功率，耐高溫，化學(xué)穩(wěn)定性好的第三代半導(dǎo)體。而作為第三代半導(dǎo)體優(yōu)秀代表的SiC（siliconcarbide），越來越多得受到人們的關(guān)注。

2.SiC襯底的制備SiC單晶襯底：本征型、N型摻雜、P型摻雜。

N型摻雜：氮NP型摻雜：鋁Al、硼B(yǎng)、鈹Be、鎵Ga、氧O。2.SiC襯底的制備

物理氣相傳輸法（

PVT，physical

vapor

transport）又稱升華法，又稱改良的Lely法，是制備SiC等高飽和蒸汽壓、高熔點半導(dǎo)體材料的有效的方法。

美國Cree公司1997年實現(xiàn)2英寸6H-SiC單晶的市場化，近兩年已實現(xiàn)4英寸6H-SiC單晶的市場化，目前占據(jù)全球市場的85％。國內(nèi)在SiC生長起步較晚，目前主要是山東大學(xué)、中科院上海硅酸鹽研究所、中科院物理所等單位開展SiC單晶生長制備技術(shù)研究，山東大學(xué)2007年在實驗室生長出了3英寸6H-SiC單晶。

2.SiC襯底的制備物理氣相傳輸法（PVT）：核心裝置如右圖所示：SiC原料的升華和晶體的再生長在一個封閉的石墨坩堝內(nèi)進行，坩堝處于高溫非均勻熱場中。SiC原料部分處于高溫中，溫度大約在2400~2500攝氏度。碳化硅粉逐漸分解或升華，產(chǎn)生Si和Si的碳化物混合蒸汽，并在溫度梯度的驅(qū)使下向粘貼在坩堝低溫區(qū)域的籽晶表面輸送，使籽晶逐漸生長為晶體。3.SiC外延制備方法外延：在一定取向的單晶基板上，生長出的晶體與基板保持一定的晶體學(xué)取向關(guān)系，這種晶體生長叫做外延。同質(zhì)外延：外延材料與襯底材料為同一種材料。Si上外延Si異質(zhì)外延：外延材料與襯底材料在性質(zhì)上、結(jié)構(gòu)上不同。注意晶格匹配、熱膨脹系數(shù)匹配。如SiC上外延GaN.3.SiC外延制備方法SiC的外延方法LPE（液相外延）VPE（氣相外延）MBE（分子束外延）CVD（化學(xué)氣相沉積法）實例：CVD法生長N型4H-SiC同質(zhì)外延實驗采用瑞典Epigress公司的VP580水平式低壓熱壁CVD系統(tǒng)，生長時襯底氣浮旋轉(zhuǎn)，以達到生長厚度均勻。襯底為山東大學(xué)晶體材料國家重點實驗室提供的Si面，偏離（0001）面8°的2英寸n型4H-SiC單晶，載流子濃度約為。3.SiC外延制備方法Si源：硅烷（）C源：丙烷（）N源：氮氣（）生長溫度：1550攝氏度壓強：流程圖如下：4.SiC光電器件的簡介高功率器件高頻高溫器件紫外探測器件高擊穿電壓寬禁帶高熱導(dǎo)率高電流密度4.SiC光電器件的簡介半導(dǎo)體SiC整流器件開關(guān)器件BipolardiodesSchottkydiodesUnipolartransistorBipolartransistorPINMOSFETJFETBJTthyristor半絕緣SiCRFtransistorMESFET一些SiC器件：4.SiC光電器件的簡介SiC肖特基二極管3英寸SiC的MESFET基片SiC二極管與傳統(tǒng)Si二極管的比較6.SiC紫外探測器的制備實例：SiC肖特基紫外光電探測器件的研制。器件制備的半導(dǎo)體材料：4H-SiC；襯底：N+型，電阻率0.014Ω*cm，厚度300um；外延層：N型，摻雜濃度3.3E15/cm3，厚度10um。5.SiC光電器件的前景近年來，Si功率器件結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝日趨完善，已經(jīng)接近其材料特性決定的理論極限，依靠Si器件繼續(xù)完善來提高裝置與系統(tǒng)性能的潛力十分有限。隨著SiC襯底材料和器件制造工藝如：外延、歐姆接觸、氧化及刻蝕等技術(shù)上取得的重大進展，SiC在各類新材料中脫穎而出，在整流器、雙極晶體管及MOSFET等多種類型的功率開關(guān)器件方面取得來令人矚目的進展。根據(jù)預(yù)測，到2015年SiC器件市場的規(guī)模將達到8億美元。盡管SiC器件取得了令人鼓舞的進展，已經(jīng)有了很多實驗室產(chǎn)品，而且部分產(chǎn)品已經(jīng)進入了市場，但是目前存在的幾個市場和技術(shù)挑戰(zhàn)限制了其商品化進程的進一步發(fā)展。挑戰(zhàn)：1.昂貴的SiC單晶材料。2.單晶材料本身的缺陷，包括微管道、位錯等仍會對器件造成影響。3.SiC器件的可靠性問題。4.大功率器件的封裝問題。5.SiC光電器件的前景隨著各個國家在SiC項目上投入力度的加大，SiC功率器件面臨的技術(shù)難題正在逐步降低，只要