论文部分内容阅读
碳化硅(SiC)半导体材料,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能够像硅那样直接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 MOSFET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,不同的半导体工艺如何影响沟道迁移率,这成为SiC MOS器件研究中的关键问题。本文采用Monte Carlo模拟,并结合全能带模拟法和散射模型模拟法,考虑了栅氧化层电荷、界面态陷阱电荷和沟道电离杂质电荷的作用以及它们之间的相关性,计算并给出了栅压与沟道迁移率之间的关系。在此基础上,充分考虑禁带上半部分的类受主界面态和禁带下半部分的类施主界面态对沟道迁移率的影响,引入了晶格离化、杂质表面声子、界面电荷库仑散射以及界面粗糙散射等散射机制,并考虑了反型电子的屏蔽效应,模拟计算获得SiC MOSFET的最大沟道迁移率9.3cm2/V·s,与实测的结果较为接近。采用只考虑表面粗糙散射的MonteCarlo方法,模拟得到沟道迁移率可以达到35cm2/V·s,与通过氮等离子体处理之后的结果一致。通过模拟分析各散射机制对迁移率影响的程度,表明了以界面电荷为主的库仑散射是影响沟道电子迁移率的主要因素,它决定了沟道电子迁移率的最值。而氮等离子体处理对禁带上半部分类受主界面态起作用,减弱的正是对沟道迁移率影响最大的是界面电荷散射中的类受主界面电荷的库仑散射。同时对比不同的工艺,证明氮等离子处理是实现高迁移率的最佳方法之一,能明显提高器件性能。本文的研究成果表明,Monte Carlo方法能很好地反映出SiC MOSFET的迁移率变化的原因。同时,证明了氮等离子体处理的作用机理,这对SiC MOS器件工艺和特性的进一步研究具有重要意义。