N掺杂对6H-SiC氧化速率特性的影响

来源 :西安电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luorui2008
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碳化硅(SiC),作为宽禁带半导体的典型代表,具有宽禁带、高击穿电场、高载流子饱和漂移速率、高热导率、高功率密度等等许多优点。SiC材料和Si一样,能够直接热氧化生长氧化薄膜。因此Si工艺中很多方法可以直接应用到SiC工艺中。所以对SiC材料氧化工艺的研究具有重要的现实意义。但是国内目前还对此缺乏系统研究。尤其是掺杂对SiC氧化特性的影响仍是具有争论的问题。本文采用工艺实验和测试表征相结合的研究方法,结合电学测试和物理表征手段对6H-SiC中掺杂浓度对于在干氧氧化条件下氧化速率的影响进行了系统研究。本文首先研究了SiC氧化工艺的理论基础,推导并分析了Si工艺中的经典氧化模型—Deal-Grove模型。并针对SiC氧化的特点,将模型修正后加以运用。本文试图尝试从化学反应的原理上解释和分析SiC热氧化,因此运用阿伦尼乌斯公式来量化氧化速率和温度及材料物体特性(包括材料形貌、结构和分子键能等)之间的关系。本文实验样品为山东大学生产的研究级N掺杂的n型6H-SiC,掺杂浓度分别为9.53×10163、1.44×10173、2.68×10183。在干氧氛围中,分别在1050℃和1150℃温度下,对样品氧化2、4、6、8、10个小时。并用椭偏仪对样品的氧化厚度进行测试,利用SIMS对样品中N的浓度进行测试。本文实验得到了氧化薄膜厚度与时间和掺杂浓度的相关关系图。数据显示晶片的氧化速率随着掺杂浓度的升高而升高。然后利用修正的Deal-Grove模型,提取出线性氧化速率和抛物线氧化速率。在此基础上,通过阿伦尼乌斯公式,提取出热氧化反应的指前因子和表观活化能。最终拟合和建立了新的含有掺杂浓度因子在内的新的氧化模型。并在此基础上,探讨了影响6H-SiC氧化速率的关键因素。本文研究了掺杂对氧化速率的影响,跳出了目前器件设计和工艺研究相对孤立的思路,更加宏观的为6H-SiC MOSFET器件的制备工艺提供指导,为国产6H-SiC MOSFET器件的早日投入应用奠定基础。
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