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文档简介
1、新型半导体材料SiC结构及特性使用Si器件的传统集成电路大都只能工作在250C以下,不能满足高温、高功率及高频等要求。SiC具有独特的物理性质和电学性质,是实现高温、高频、抗辐射相结合器件的理想材料。从结构上来说,主要有两类:闪锌矿结构,简称3C&B-SiC(3C-SiC:ABCABC.);六角型或菱形结构,简称a-SiC(主要包括6H-SiC:ABCACBABCACB.;4H-SiC:ABACABAC.)。大A,B,C为Si-C四面体密堆积3种不同的位置BCACCCABBBAAA二_3C4H3.DBA18,SiC单位晶体结构几种常见SiC晶体形态的对垒模型相比Si及GaAs,SiC材料有绝缘
2、破坏电场大、带隙大,导热率高、电子饱和速度快及迁移率高等特性参数,决定SiC功率元器件具有易降低导体电阻,高温下工作稳定及速度快等优势。然而目前SiC主要面临的挑战是出现电磁干扰(EMI)问题及成本较高问题材料特性Si3C-SiC4H-S1C6H-S1C禁带宽度Eg(eV)1.122.43.263.0电子迁移率(ee%巧15001000SOO400电饱和速度(cm/sO9x102.2xl072x1072xl07击穿场强7/cm)2.5x10s2.12x102.2X1062.5x10介电常数何11.89.72109.66热导率(W/ICcm)1.53.23.74.9最咼T作温度(C)600125
3、015801SS0特性参数生产关键技术SiC晶体生长Sic具有高的化学和物理稳定性,使其高温单晶生长和化学处理非常困难。早期PVT法生长单晶:SiC源加热到2000r以上,籽晶与源之间形成一定的温度梯度,使SiC原子通过气相运输在籽晶上生成单晶。主要受气相饱和度控制,生长速度和饱和度成正比。PVT法生长的单晶几乎都是4H、6H-SiC,而立方的SiC中载流子迁移率较高,更适合于研制电子器件,但至今尚无商用的3C-SiC。另外,SiC体单晶在高温下(2000C)生长,参杂难以控制,特别是微管道缺陷无法消除,所以SiC体单晶非常昂贵。bli&JhoLsfrLTlSLt-b.Li.ouPVT法晶体生
4、长室示意图外延外延生长技术主要有四种:化学汽相淀积(CVD)、液相外延生长(LPE)、汽相外延生长(VPE)、分子束外延法(MBE)化学机械抛光由于SiC有很高的机械强度和极好的耐化学腐蚀的特性,相比于传统的半导体材料(硅和砷化镓)它很难进行抛光。用胶体氧化硅对SiC进行化学机械抛光是目前比较常见的一种方法,抛光剂是二氧化硅颗粒的悬浮液,二氧化硅颗粒的粒度只有几十纳米。拋光前拋光后20h拋光后50h拋光后70h氧化SiC是化合物半导体中唯一能够由热氧化形成SiO2的材料。采用与Si工艺类似的干氧、湿氧方法进行SiC的氧化,氧化温度11001150C之间,但氧化速率较慢,一般仅为几个nm/min
5、。氧化速率与表面晶向有关,碳面氧化速率是硅面的510倍;另外,氧化速率还依赖于衬底参杂浓度,随参杂浓度的增加而增加。刻蚀由于SiC材料的高稳定性,无法对它进行普通的湿法腐蚀。所以,只能采用干法刻蚀技术,以CF、SF、CHCL3等F系、Cl系气体和02为刻蚀剂,以溅射Al膜为掩蔽材料。通常可获得10100nm/min左右的刻蚀速率和较高的选择性。掺杂由于SiC的键强度高,杂质扩散的温度(1800C)大大超过标准器件工艺的条件,SiC材料的高密度和低杂质扩散系数,而常温离子注入又存在缺陷无法恢复、杂质激活率低的问题。所以器件制作工艺的参杂不能采用扩散工艺,只能利用外延控制参杂和高温离子注入得到无损
6、伤的注入区和注入杂质的高比率激活。目前重点开发的器件类型应用:消费性电子希皇3配器那螯匕希肇功率谢节輙现髙效希望逼过蘭議磚的电力g轟蹴般中輪电系统电动牟混合动SiC新型器件金属化技术金属化技术用于在SiC材料表面上形成良好的奥姆接触和肖特基势垒接触用NiCr合金替代Ni可以解决这些问题,这是应为Cr有很强的氧化倾向,很容易和半导体表面存在的氧结合而获得牢固的粘接强度;另一方面Cr也极易与SiC表面多余的C形成碳化物而具有极好的物理和化学稳定性;此外Cr也是优良的扩散阻挡层材料。产品及应用市场主要企业:以美国Cree公司为首美系供货商,主导SiC的主要技术及市场,产能占整个市场的90%以上。其它市场主要是,日本新日铁公司、罗姆(SiCrystal
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