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1、第!卷第#期半导体学报$%&!()%#!*!年#月+,-)./.0 123)4516/.7-+1)8 2+9 13/0:&;?年出生(教授(博士生导师(从事半导体材料与电力电子器件研究!*!A*?A*B收到CD!*!中国电子学会碳化硅电力电子器件及其制造工艺新进展陈治明E西安理工大学(西安#=*?B F摘要G评述了各种碳化硅电力电子器件研究开发的最新进展及其发展前景(指出碳化硅的优势不仅仅限于能提高功率开关器件的电压承受能力H高温承受能力和兼顾频率与功率的能力(还在于能大幅度降低器件的功率损耗(使电力电子技术的节能优势得以更加充分地发挥针对碳化硅材料的特殊性和实现碳化硅器件卓越性能的需要(分析
2、了器件工艺当前亟待解决的问题关键词G碳化硅I电力电子器件I器件工艺J J K L L G!*7I!*M I!N*,I#!*I#=*中图分类号G9)*?O!P?I9)?*文献标识码G4文章编号G*!A?=#E!*!F*#A*N#A*BQ引言伴随着新世纪的到来(实用化和商品化的碳化硅肖特基势垒功率二极管(以其初露的优良特性证实了半导体碳化硅在改善电力电子器件特性方面巨大的潜在优势(预示着电力电子技术在不久将来的革命性进展借助于微电子技术的长足发展(以硅器件为基础的电力电子技术因大功率场效应晶体管E功率71/F和绝缘栅双极晶体管E-R M 9F等新型电力电子器件的全面应用而日臻成熟目前(这些器件的开
3、关性能已随其结构设计和制造工艺的相当完善而接近其由材料特性决定的理论极限(依靠硅器件继续完善和提高电力电子装置与系统性能的潜力已十分有限于是(依靠新材料满足新一代电力电子装置与系统对器件性能的更高要求(早在世纪交替之前(就在电力电子学界与技术界形成共识(对碳化硅电力电子器件的研究与开发也随之形成热点作为一种宽禁带半导体材料(碳化硅不但击穿电场强度高H热稳定性好(还具有载流子饱和漂移速度高H热导率高等特点(可以用来制造各种耐高温的高频大功率器件(应用于硅器件难以胜任的场合(或在一般应用中产生硅器件难以产生的效果使用宽禁带材料可以提高器件的工作温度 N,A/S+和?,A/S+的禁带宽度分别高达 O
4、*T$和 O!T$(相应的本征温度可高达B*U以上(就是禁带最窄的+A/S+(其禁带宽度也在!O T$左右因此(用碳化硅做成的器件(其最高工作温度有可能超过N*U功率开关器件的反向电压承受力与其漂移区E单极器件F或基区E双极器件F的长度和电阻率有关(而单极功率开关器件的通态比电阻又直接决定于漂移区的长度和电阻率(因而与其制造材料的击穿电场强度的立方成反比V=W使用击穿电场强度高的材料制作高压功率开关(其电阻率不必选择太高(器件的漂移区或基区也不必太长这样(不但其通态比电阻会大大降低(工作频率也会大大提高碳化硅的击穿电场强度是硅的B倍(其电子饱和漂移速度是硅的!倍(这更有利于提高器件的工作频率(
5、因而碳化硅单极功率开关不单是通态比电阻低(其工作频率一般也要比硅器件高=*倍以上热导率高则使碳化硅器件可以在高温下长时间稳定工作此外(碳化硅还是目前惟一可以用热氧化法生成高品质本体氧化物的化合 物 半 导 体这 使 其 也 可 以 象 硅 一 样 用 来 制 造71/6.9和-R M 9这样的含有71/结构的器件除了电力电子技术(碳化硅的主要应用领域还包括高频电子学H高温电子学以及传感器技术等V!(W因此(包含微波电源在内的电力电子技术有可能从碳化硅材料的实用化得到的好处(就不仅仅是使用碳化硅功率开关器件对整机性能的改善!也包括材料的耐高温能力和化学稳定性通过集成信号采集与处理系统和智能控制系
6、统对整机性能的改善!从而可以在恶劣环境中保持良好的工作状态随着直径#$%左右的碳化硅片在&$年前后上市!以及高品质()*+,-和.)*+,-外延层生长技术紧随其后的成功应用!各种碳化硅功率器件的研究和开发即蓬勃开展起来目前!已证实各种功率器件都可改用碳化硅来制造尽管产量/成本以及可靠性等问题仍对其商品化有所限制!但碳化硅器件替代硅器件的过程已经开始美国的-0 1 1公司和德国的2 3 4,3 1 5 3公司6西门子集团7都已有耐压($8/电流&$9或&:9以下的碳化硅肖特基势垒二极管系列产品出售;.=?!反向漏电流几乎没有什么增加若采用 适 当 的 管 壳!这 种 新 器 件 的 工 作 温
7、度 可 超 过#$?目前!许多公司已在其2 A B变频或逆变装置中用这种器件取代硅快恢复二极管;=!取得提高工作频率/大幅度降低开关损耗的明显效果!其总体效益远远超过碳化硅器件与硅器件的价差要不了多少年!电力电子装置和系统的性能就会因为碳化硅器件的广泛应用而得到极大改善下面!就几种主要的碳化硅电力电子器件!从器件/材料和制造工艺的当前水平到存在的主要问题作一评述C碳化硅电力电子器件就应用要求而言!电力电子器件除了要尽可能降低静态和动态损耗外!还要有尽可能高的承受浪涌电流6电流在数十毫秒的瞬间数倍于稳态值7的能力由于浪涌电流会引起器件结温的骤然升高!通态比电阻偏高的器件!其浪涌电流承受力注定非常
8、低由于单极功率器件的通态比电阻随其阻断电压的提高而迅速增大!硅功率DE+只在电压等级不超过&$8时才具有较好的性能价格比尽管硅2 *A B在这方面有很大改进!但 其 开 关 速 度 比 功 率DE+低!不能满足高频应用的需要理论分析表明!用()*+,-和.)*+,-制造功率DE+!其通态比电阻可以比同等级的硅功率DE+分别低&$倍和:$倍;(#1 8!B,T.)*+,-接触的高度也有&J&1 8;1 8;U 美 国 北 卡 州 立 大 学 功 率 半 导 体 研 究 中 心6 Q+V-7于&:年最先报道了全世界首次研制成功的()*+,-肖 特 基 势 垒 二 极 管!其 阻 断 电 压 为.$
9、8;在他们&.年的报道中!阻断电压提高到&$8!接近其理论设计值;&$随后!对碳化硅肖特基势垒二极管的研发活动扩展到欧洲和亚洲!使用材料扩大到.)*+,-!阻断电压也有很大提高;&!&:由于高电压下碳化硅的肖特基势垒比硅薄!进一步提高碳化硅肖特基势垒二极管的阻断电压就会受到隧穿势垒的反向漏电流的限制计算表明!对一个高度为&1 8的典型碳化硅肖特基势垒!与碳化硅临界击穿电场#D8WX%Y&相对应的最高击穿电压下的势垒宽度只有#3%左右这正好是发生电子隧穿的典型宽度为了充分发挥碳化硅临界击穿电场强度高的优势!可采用如图&所示的I 3结肖特基势垒复合结构6简称Z A+或DQ+7来排除隧穿电流对实现最
10、高阻断电压的限制这种结构原本是对硅器件提出来的;&#(半导体学报:#卷度下降!#$%&()*与单纯肖特基势垒二极管一样$仍然是一种多数载流子器件$其反向恢复时间可降低到几个纳秒$只有硅快速二极管和碳化硅高压+,结二极管的十分之一图带终端设计的()*结构-./*0 1 2 3 0 2 1 45 6()*7.0 80 4 1 9.,:;区采用):;./:提出的凹槽肖特基势垒二极管?*A)*B结构可以获得与()*类似的效果$却可避免+型掺杂!C&如图D所示$在碳化硅外延层的表面和表层凹槽的表面分别用功函数不同的两种金属形成高低不同的肖特基势垒低势垒接触在表面$高势垒接触在凹槽表面$后者为前者起削弱反
11、向电场的作用实验表明$如果这两种接触的势垒高度以及台面宽度和凹槽深度搭配得当$器件的反向漏电流可以大大降低!E&图D碳化硅*)*结构示意图-./D*0 1 2 3 0 2 1 45 6*.F*)*目前$对大功率碳化硅肖特基势垒二极管的研究开发已达到小面积?直径G H%99以下B器件的反向阻断电压超过#G G G I$大面积?直径超过 99B器件也能达到 G G G I左右的水平例如$在D G G 年已有#G JK L G G I#MA*.F()*的报道!L&在同年的另一报道中$反向电压高达 D G G I的#MA*.F肖特基势垒二极管已做到直径N 99$其正向电流密度高达N G G JO3 9
12、PD$而相应的正向压降只有D I!Q&R H R碳化硅场效应器件碳 化 硅 功 率ST*-U 在 结 构 上 与 硅 功 率ST*-U 没有太大区别$一般也都采用V ST*或WST*结构但是$由于碳化硅的临界击穿电场强度较高$WST*凹槽弯角处的氧化层电场往往很高$超过氧化层所能承受的范围$导致破坏性失效同时$由于*.F A*.TD界面比*.A*.TD界面电荷密度高$一般在E X G Y%X G D3 9PDO4 IP范围受*.F A*.TD界面的影响$碳化硅V ST*或WST*的沟道电子等效迁移率低到只有 YE 3 9DK?IO=B$使沟道电阻远大于漂移区电阻$成为决定器件通态比电阻大小的主
13、要成分研究发现$这个问题不解决$碳化硅ST*-U 的通态比电阻甚至比硅ST*A-U 还高为此$):;./:!D G&提出了一种被称作JF AF W-U 的结构设计$如图N所示这里$字母JF AF W取自:3 3 2 92;:0.5,这种结构的特点是用+隐埋层在栅氧化层下的,P表面产生一极薄的耗尽区隐埋的深度和,P区杂质浓度要选择能使氧化层与图N碳化硅JF F W-U 结构示意图-./N*0 1 2 3 0 2 1 45 6*.FJF F W-U 隐埋层之间的,P区完全被+,P结的内建电势耗尽$从而构成一个常闭型场效应器件用正栅压将,P耗尽区转换成电子累积区$器件即被开通这种结构通过+,P结对栅
14、氧化物下半导体层的屏蔽$有效地将氧化物中的电场强度限制在 SIO3 9PD左右的安全范围内加上栅氧化层采用淀积而非热生长的方式形成$明显地降低了器件的通态比电阻D G G G年$采用该结构已有用#MA*.F实现阻断电压D G G G I以上$最高可达E G G G I的报道$其通态比电%ECE期陈治明Z碳化硅电力电子器件及其制造工艺新进展阻要比硅!#$%&低()倍*+,-碳化硅.%/$%&和0$%&是另一类非常有特色和潜在应用价值的场效应器件1其基本器件结构如图2 3 4 5和3 6 5所示-由于这一类器件没有/7 8/7 9界面1其沟道载流子的等效迁移率较高1对:;8/7 和2;8/7 都能
15、达到?3 AB 5 1因而将碳化硅.%/$%&作为微波器件来开发-早期的理论计算表明1碳化硅.%/$%&的微波功率产生能力有可能达到+)C;D E:(F3 2 F?5*,-近几年的研发实践证明这一目标完全可以实现-图2碳化硅.%/$%&3 4 5与0$%&3 6 5示意图$7 G-2/H I J=H J I KL M/7.%/$%&3 4 54 N O0$%&3 6 5隐埋栅0$%&因为没有对使用温度有较大限制的肖特基接触1其工作温度较高1可作为耐高温大功率器件使用*,-)年1 2;8/7 0$%&的研发水平达到+P)*2,1这是一个+Q(!纵向导电器件1其芯片面积 Q 1通态比电阻 2 Q(
16、R A=-图(所示为)+年报道的一种被称作/%0$%&3 B H 4 H 7=K S 8T 4 N B 7 L N=U 4 N N K V 0$%&5的2;8/7 0$%&的结构示意图*(,-图中间的TW区即为隐埋栅-该器件靠隐埋栅和TWNX结自建电场在漂移区产生的耗尽层形成常闭状态-若同时在上下栅极上加正偏压1使导电沟道展宽1则通态比电阻将随之减小-实验器件的芯片大小为+Q Y Z+Q Y 1有源区面积 Z+)X=1NX外延层杂质浓度为 Z+)+2=X-该器件的阻断电压高达(Q(1栅压加到 Q:时的通态比电阻只有+P R A=-图(碳化硅/%0$%&结构示意图$7 G-(/H I J=H J
17、 I KL M/7/%0$%&与0$%&属于同一种类型的碳化硅静电感应晶体管3/&5也是微波功率器件的主要研发对象1其主要用途是微波加热-+Y Y P年1已有频率+Q C;D E脉冲输出功率2)F的报道*:,-_ Q 碳化硅功率双极器件用碳化硅可以制造阻断电压很高的双极器件1譬如高压T 7 N二极管和晶闸管等-按理论计算1设计一个反向阻断电压为(的碳化硅T 7 N二极管1其NX区杂质浓度只需低到(Z+)+X1少子寿命只需)B-如果用硅做一个同样的器件1则其NX区的杂质浓度需低到+)+=X1少子寿命还需高达2)B-显然1用硅来做耐压这样高的器件是不可能的1而对碳化硅则不难-碳化硅T N结二极管通
18、常用液相外延法或气相外延法制成TWNXN结构1分平面型和台面型-习惯上1人们也将其称为T 7 N二极管-目前1常见报道的碳化硅T 7 N二极管使用的材料是:;8/7 和2;8/7 1也有使用硅衬底上的异质外延7 N 4 H 7 L NK S H K N B 7 L N 5终端技术*,1用2;8/7 做出了+和+Y 的台面型T 7 N二极管1这两种器件的NX区杂质浓度分别为 Z+)+2=X和P Z+)+X和:半导体学报 卷!#$%这些实验数据已比较接近上述的理论预期值&表明实用碳化硅二极管的阻断电压主要受轻掺杂厚外延技术的限制%随着硅功率()和*+,-的推广应用&硅大功率双极晶体管.,/-0已逐
19、渐淡出电力电子技术的应用舞台%但是&碳化硅器件研发热潮的掀起&也引起了一些研究者对开发碳化硅,/-的兴趣&因为,/-毕竟不像()1 2-那样会遇到氧化层品质严重影响器件特性的问题%碳化硅,/-的基本结构如图3所示%早期工作主要使用3 45)6 7和8 7 5)6 7材料&近几年倾向于使用9 45)6 7%这主要是因为8 7 5)6 7的衬底问题还未能很好解决&而3 45)6 7和9 45)6 7的大尺寸晶体生长技术发展很快&但3 45)6 7的电子迁移率没有9 45)6 7的高%开发碳化硅,/-的主要问题是提高电流增益%早期3 45)6 7,/-的电流增益只有:!左右&这主要受基区载流子复合的
20、限制%而缩短基区以适应短寿命载流子输运要求的办法&又会使基区横向电阻增大%比较有希望的解决办法是用宽禁带材料做发射极&用行之有效的异质结结构来提高少数载流子的注入效率&并保持基区的低电阻%由于碳化硅原本就有多种禁带宽度不同的同质异晶型&异质结的实现应不困难%例如&可用液相外延法在8 7 5)6 7上外延3 45)6 7&或在3 45)6 7上外延9 45)6 7作宽禁带发射极%#!:年&阻断电压高达:;!%图3碳化硅?双极晶体管剖面示意图1 6 A%3)B C D 6 E?F 6 G A H G$E I)6 7?J 6 E 5K G HD H G?L 6 L D E H与硅晶闸管类似&若将图3
21、所示结构中的?M集电区换成M薄层&作成?结构&即构成碳化硅晶闸管%这种器件在兼顾开关频率N功率处置能力和高温特性方面最能发挥碳化硅的材料特长%与碳化硅功率()相比&对8!%该项研究用?M型3 45)6 7做衬底&用外延法生长?型或型长基区%限于当时的材料水平&具有3 P Q$厚N掺杂浓度为#R S:!:PC$T8的?型长基区的器件只能承受O;正向阻断电压&而具有;Q$厚N掺杂浓度为:;S:!:3C$T8的型长基区的器件却能承受3!&其阻断电压也是3!%由于当前对阻断电压9 P!以上的+-(需求量很大&最近对碳化硅晶闸管的研发活动开始向+-(集中%#!年已有阻断电压高达8:!%碳化硅*+,-的研
22、究和开发工作起步较晚&#!年才首次报道=8#%V碳化硅器件的材料与制造工艺在半导体科学与技术的发展进程中&碳化硅材料与器件的研发起步较早但其前期进展十分缓慢&其原因主要在于碳化硅晶体生长技术的特殊性%这个问题在:O O!年前后得到初步解决之后&马上就出现了碳化硅器件蓬勃发展的局面&这在很大程度上得益于碳化硅器件工艺对硅器件工艺的极大兼容和借鉴%所以&一旦材料制备工艺臻于成熟&碳化硅器件和集成电路就会比其他化合物半导体的器件和集成电路发展得更快%V W碳化硅材料制备由于碳化硅在常压下难以生成熔体&加热到#9!U左右就会升华&因而难以像一般晶体那样通过籽晶在熔体中的缓慢生长来制备单晶&大多采用升华
23、法让籽晶直接在碳化硅蒸汽中生长%其难度自然比锗N硅N砷化镓等常用半导体的制备困难得多&以至碳化硅晶体和晶片市场长期由7 H B B公司独家经营%直径8!$左右的高密度缺陷晶片都曾卖到过每片:!美元以上的高价%尽管目前欧洲N日本以及美国的其他公司.例如)D B H K 6?A 5 X-*和Y 6 D 5D E?5 X6 H D H E?0也能生产和出售碳化硅晶片&但世界范围内研究和生产碳化硅器件使用的9 45)6 7和3 45RR3R期陈治明Z碳化硅电力电子器件及其制造工艺新进展!#晶片仍主要由#$%公司提供&售价也仍然那样高&只不过直径增大到()*(+&缺陷密度已大大降低,#$%公司早在-.年
24、的碳化硅及其相关材料国际会议/0#!#1 23上就展示了-(+大直径 45!#和6 45!#晶片样品&并于当年-(月开始出售直径7*+的晶片&但迄今为止仍以出售*(+晶片为主,不过&其微管缺陷密度越来越低&现已降到-(8+9:以下&优质晶片的微管密度已达到不超过-*8+9:的水平,从器件制造的角度&要求碳化硅晶体生长技术的进一步改善能满足生产直径超过-(+&微 管 密 度 低 于(;*8+9:&位 错 密 度 低 于-(8+9:的优质晶锭的要求,微管是一种肉眼都可以看得见的宏观缺陷&其密度直接决定着碳化硅器件有效面积的大小,在碳化硅晶体生长技术发展到能彻底消除微管缺陷之前&大圆片二极管和晶闸管
25、之类的大功率电力电子器件就难以用碳化硅来制造,不过&微管可能只是 45!#和6 45!#这样具有立方与六方混合结构的晶体所特有的缺陷,纯立方结构的?公司已宣称可以生长厚度至少(;:+的-*(+无位错薄片&而且在这种晶片中未发现微管 A,如果微管确实只是一种与晶体结构有关而与生长工艺关系不大的本征缺陷&那么&开发#5!#的晶体生长技术对发展碳化硅电力电子器件以及整个电力电子技术的意义也就不言而喻了,目前&制造碳化硅电力电子器件仍主要采用 45!#或6 45!#晶片为衬底&以高阻外延层作为反向电压的阻断层,因此&高阻厚外延技术成为碳化硅外延工艺的研发重点,碳化硅的气相同质外延一般要在-*(B以上的
26、高温下进行&由于有升华的问题&温度不能太高&一般不能超过-C(B&因而生长速率较低,液相外延温度较低D速率较高&但产量较低,目前&碳化硅同质外延一般还只能做到杂质浓度低于-(-*8+9D厚度不超过*(E+的水平,F;G碳化硅器件工艺虽然碳化硅器件工艺和设备都与硅器件有很强的兼容性&但也远不是可以原封不动地照搬,与硅相比&碳化硅器件工艺的温度一般要高得多,碳化硅晶片较小D易碎D透明&而且价格昂贵&大公司的生产线较难适应&倒是一些大学实验室比较灵活&成为开发碳化硅器件工艺的主力,掺杂是最基本的器件工艺,由于一般杂质在碳化硅中的扩散系数和在!H:中一样低&在适合于对碳化硅进行有效杂质扩散的温度下&!
27、H:已失去了对杂质的掩蔽作用&而且碳化硅本身在这样的高温下也不稳定&因此不宜采用扩散掺杂&而主要靠离子注入和材料制备过程中的伴随掺杂来满足制造碳化硅器件的需要,在碳化硅材料的气相生长过程中&I型掺杂一般用电子级纯度的氮做掺杂剂&J型掺杂一般使用三甲基铝,I型离子注入的杂质一般也使用氮,氮离子注入对晶格的损伤比较容易用退火的方式消除,J型离子注入的杂质一般也使用铝,由于铝原子比碳原子大得多&注入对晶格的损伤和杂质处于未激活状态的情况都比较严重&往往要在相当高的衬底温度下进行&并在更高的温度下退火,这样就带来了晶片表面碳化硅分解D硅原子升华的问题,残留碳如果能形成石墨态碳膜&会对阻止表面继续分解起
28、一定作用,于是&尺寸与碳比较相当的硼也成为常用的J型注入杂质,目前&J型离子注入的问题还比较多&从杂质选择到退火温度的一系列工艺参数都还需要优化&而J型离子注入对提高功率2H!的沟道迁移率又十分重要,栅氧化物与碳 化 硅 之 间 的 界 面 缺 陷 对 功 率2H!的沟道迁移率也有十分重要的影响&因而栅氧化物的生长或淀积十分关键,除类似于硅的热氧化之外&碳化硅还可用燃烧法生长栅氧化物&而且这种方法产生的界面态密度较低,用热氧化法在KH中生长栅氧化物也能降低界面态的密度,就同样的栅氧化物生长方法而言&6 45!#比 45!#的沟道迁移率要高一些L而就体材料中的载流子迁移率而言&45!#比6 45
29、!#高,这说明 45!#的氧化物界面缺陷问题比较严重,使用-(B高温快速退火法&I型和J型 45!#的欧姆接触都可以做到单位面积接触电阻低达-(9*MN8+:量级的水平&所用的电极材料分别是K和OP A,不过这种接触在(B以上的热稳定性较差,对J型 45!#采用OP Q K Q RQ OS复合电极可以把热稳定性提高到6(B-(T&不过其接触比电阻高达-(9M N8+:*A,采用U?#6 A和OP!7 A合金电极也可获得类似效果,6 45!#比 45!#容易获得低阻欧姆接触&其接触比电阻可低达-(96MN8+:,在高压硅器件中采用的多数终端技术和钝化技C76半导体学报:卷术!比如场板场环和结终端
30、等也适用于碳化硅器件#除此而外!在结终端注入大剂量$%&()或*&+)!借损伤晶格形成高阻区!起类似于硅功率器件中半绝 缘多晶硅,-./0-1的作用!也有明显效果#若在$%*离子注入后再在2 3 3 4退火!器件的反向特性还会进一步改善&5 3)#用等离子体刻蚀法在半导体表面挖槽!在许多新型硅器件的研制中发挥了积极作用#这种方法对碳化硅功率器件的研制也是一种重要手段#但是!利用高能离子在碳化硅表面刻槽往往会在槽壁表面产生高密度缺陷#这些缺陷使载流子的表面散射加剧!是670-和具有类似结构的碳化硅器件沟道电子迁移率严重下降的主要原因#同时!槽壁粗糙还引起栅压下降和栅极漏电流过大的问题#8结束语碳
31、化硅材料的卓越性能和碳化硅器件初露的优良特性及其更大的潜在优势激励着人们对之抱有不减的热情和希望!因此!对碳化硅电力电子器件的研究与开发蓬勃开展!逐渐深入!进展越来越快#以碳化硅70-9:;为例!从+=年开始研制这种器件!在起初的三四年间!其阻断电压基本上是每 个月翻一番!随后则几乎每半年就翻一番&5 )#当然!对电力电子器件而言!碳化硅的材料优势并不仅仅在于提高器件的耐压能力#碳化硅电力电子器件要真正进入市场与硅器件竞争!更重要的一方面还在于其能大幅度降低功率损耗的潜力#已上市的碳化硅肖特基势垒二极管和仍在实验室里的其它碳化硅功率器件都证实了这一点#这是碳化硅作为制造电力电子器件的一种新材料
32、而使电力电子技术的节能优势更加充分发挥的切入点#碳化硅与硅在电力电子技术领域竞争的另一优势是能够兼顾器件的功率和频率!以及耐高温#这些正好都是电力电子技术的进一步发展对器件提出的基本要求!而硅和砷化镓在这些方面都有很大的局限性#随着碳化硅晶体生长技术和器件制造技术的进一步完善!今后几年内各种碳化硅电力电子器件都会在成品率可靠性和价格方面获得较大改善!从而进入全面推广应用的阶段#这极有可能引发电力电子技术的一场新的革命#因此!碳化硅电力电子器件的诞生和开发是电力电子技术在世纪之交的一次革命性进展#参考文献&?A*B!C D?#.:?C E D%F GH C I E CJ C D D!+(!:H
33、J K=L?MF N%BO!C D?#/P Q R E*!+!(S L 5 2?#/%F E.:.-.:X+(!/%C D F%!-F N D P$Y%E !?#.:/%F E_%E N D RH C I E C R-Q R D!=3 3 !5(,=1 L 3?A*B#/%F E7-Q M!+(!S%R F GH B!C D?#7 D C%?R-E C G E C9 F%N M!=3 3 3!(a 5=L M 7!C D?#7 D C%?R-E C G E C 9 F%N M!=3 3 3!(a 5=L 5 D G A%7!*?A*B#.:?C E D%F GH C I E CJ C D D!
34、+=!:H J K L S 3&?A*B#.:?C E D%F GH C I E CJ C D D!+5!:H J K S L +5&?#.:?C E D%F GH C I E CJ C D D!+2!:H J K Z L +&P cd#$?/P Q RJ C D D!+(!Z=L 5 5 S&?A*B#.:?C E D%F GH C I E CJ C D D!+(5!:H J K S L +5&?#7 D C%?R-E C G E C9 F%N M!+(!=2 5 a=2(L 3 S Z&P?g N R D 9!C D?#7 D C%?R-E C G E C9 F%N M!+(!=2 5 a
35、=2(L 3 2&?A*B#6-/D C G D S=2=2 2(!+&?#7 D C%?R-E C G E C9 F%N M!+(!=2 5 a=2(L+5 S&G f%F I/!C D?#:?C E D%F GJ C D D!=3 3 !Z,(1 L +&?#.:;%G R:?C E D%F GH C I E C R!=3 3?A*B#6-/D C G D S S 5 2 Z!+2&=?A*B#/-_;C E P C R!7 Q=3 3 3#;K 3 3 K3 3 S!;K 3 3 K 3 3 2!;K 3 3 K 3 3 Z&=);%C B!i GB*!7F E b/7#/%F E.:!
36、+D Y C?f_O!C D?#.:;%G R:?C E D%F GH C I E C R!?#7 D C%?R-E C G E C9 F%N M!=3 3 3!(a 5=L G FT!C D?#/%F E=3 3 b !=3 3?#$G G N?H C I E C C R C%E P_ F G Y C%C G E CH A C R D!_ P%?F D D C I?C!l$!6-$!%i!C D?#/%F E=3 3 b !B G!=3 3?#.:?C E D%F GH C I E C J C D D!=3 3 !:H J K=,1 L?#;C E PH A.:H 7!+5 L 5?MF N
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38、J,K 2?2(,K 3*+=+0$!4 4 P 6 I 7!9 8 I:U+(K$2?*M?2 1+?*,K C+.C?./V$2?*M?2 1+?*,K C+.C;3 1(N$#G G G$8 8 7 O8#6!G G!9 8 P:W?,?N?X 3 B?U$2?*M?2 1+?*,K C+.C%Z Z ZV 1?.,Z*C 2 1 3.A B+C ,$!4 4 P$Z A H 5 6!G!89 8 4:K C-3$2?*%Z Z ZV 1?.,Z*C 2 1 3.A B+C ,$!4 4 7$Z A H I P 6!I 4 I9 G:W.+/-2,Y$YQ Q*-J,$#G G G$7
39、P 7 6 8 4 P 89 !:E 3 3 Q Y$2?*M?2 1+?*,K C+.C;3 1(N$!4 4 7$#5 O#5 7 67 4 I _ a b c d e c f f g h g ib d j ck l _ a c d g _m n g _ f o pq o r c g _ o a g d b c d _ f fE-.s-+N+./tu v w xyx u z|u !#$%&x (!$tu v w x P!G G 7$)&u x w*r f a c o _ a 6V-(/Q 3 2 .2+?*3 F,N+C 3.=(C 2 3 1K+EF 3 1+NQ 1 3 B+./Q 1
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43、a g _ l 0 m 6G#I 8 H !P P#G G#G P H G 5 P 8 H G 7E-.s-+N+./N?*$S?,)3 1.+.!4 I$Q 1 3 F ,3 1 L-?,)./?/=+.2-1 ,?1 C-3.,N+C 3.=(C 2 3 1 N?2 1+?*,?.=B+C ,+.C!4 P D C +B =7YQ 1+*#G G#1C#G G#V-E-+.,%.,2+2(2 3 F Z*C 2 1 3.+C,G75半导体学报#8卷碳化硅电力电子器件及其制造工艺新进展碳化硅电力电子器件及其制造工艺新进展作者：陈治明作者单位：西安理工大学,西安,710048刊名：半导体学报英
44、文刊名：CHINESE JOURNAL OF SEMICONDUCTORS年，卷(期)：2002，23(7)被引用次数：4次 参考文献(41条)参考文献(41条)1.Baliga B J 查看详情 19812.Palmour J W 查看详情 19933.Krotz G 查看详情 19984.查看详情5.Jonhson C M 查看详情 20016.Baliga B J 查看详情 19987.Marrison D J 查看详情 20008.Iwami M 查看详情 20009.Bhatnagar M.Baliga B J 查看详情 199210.Alok D.Baliga B J 查看详情 1
45、99411.Itoh A 查看详情 199612.Wahab Q 查看详情 199813.Baliga B J 查看详情 198414.Held R 查看详情 199815.Dahlquist F 查看详情 199816.Tu L.Baliga B J 查看详情 199317.Schoen K J 查看详情 199818.Alexandrov P 查看详情 2001(18)19.Morisette D T 查看详情 2001(02)20.Baliga B J 查看详情 199621.Chilukuri R.Baliga B J 查看详情 200022.Trew R J.Yan J B.Mock
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47、tional Conf SiC and Related Materials-19 95 199631.Fedison J B Device Research Conference 200032.Ryu S H 查看详情 200033.查看详情34.Crofton J 查看详情 199735.Liu S 查看详情 200036.Jang T 查看详情 200037.Kassamakova L 查看详情 200038.Alok D.Baliga B J 查看详情 1997(06)39.Schoen K J 查看详情 1998(07)40.Knights A P 查看详情 2000(08)41.Co
48、oper J A 查看详情 1998 相似文献(10条)相似文献(10条)1.会议论文 陈治明 碳化硅电力电子器件研发新进展 2004 碳化硅材料的卓越性能和碳化硅器件初露的优良性能及其更大的潜在优势激励着人们对碳化硅电力电子.器件的研究与开发.本文简要介绍了碳化硅电力电子器件的最新研究进展.2.学位论文 张娟 SiC垂直功率MOSFET的设计与特性仿真 2008 SiC垂直功率MOSFET是电力电子器件领域的热门研究课题之一。本文在功率器件理论的基础上，设计了两种SiC垂直功率MOSFET，即SiC VDMOS结构和SiC UMOS结构，并采用ISE TCAD 7.0软件分别对它们进行了仿真
49、。对VDMOS结构，分别采用6H-SiC和4H-SiC作为衬底材料，对比研究了两者的特性区别，结果表明在Vgs为8V时，4H-SiC VDMOS的漏极电流比6H-SiC高约1.5倍，证实了由于4H-SiC具有较高的体迁移率，且受准饱和效应的影响较小，因此比6H-SiC器件具有更高的饱和电流密度。对器件开关时间和单位面积损耗的分析表明，4H-SiC比6H-SiC更适合用于VDMOS功率器件。在此基础上还分析了栅氧化层厚度和沟道长度对SiC VDMOS结构特性的影响，对阈值电压和漏极电流的分析表明，当Vds=0.1，Vgs=15V时，阈值电压随栅氧化层厚度的增大以及沟道长度的增加而增大；而漏极电流
50、密度随栅氧化层厚度的增加以及沟道长度的增加而减小。而对4H-SiC UMOS结构，首先分析了器件的基本性能，得出其栅控能力良好，且具有较高的击穿电压(4.5KV)，然后分析了UMOS器件的栅氧化层厚度和P基区掺杂浓度对转移特性的影响。结果表明，随氧化层厚度的增加，阈值电压增大，且随P区掺杂浓度的增加，阈值电压也增大，并对其机制进行了初步讨论，本文的研究工作对SiC垂直功率MOSFET的优化设计有一定的意义。3.会议论文 陈治明 碳化硅电力电子器件研发进展与存在问题 2002 本文就几种碳化硅电力电子器件,从器件、材料和制造工艺的当前水平、研发进展到存在的主要问题作一综述,旨在提高电力电子装置和