【摘要】：在過去的數(shù)十年中,由于碳化硅(SiC)材料具有熱穩(wěn)定性、高擊穿電壓、高熱導率等性能優(yōu)勢,SiC雙極型器件在高壓、高頻和大功率等領域得到廣泛應用。少數(shù)載流子壽命是反映半導體材料和器件質量的重要參數(shù)之一,對SiC功率器件性能的改善和優(yōu)化起著舉足輕重的作用。電導調制效應是降低高壓雙極器件導通電阻的關鍵,為了實現(xiàn)有效的電導調制效應,要求漂移層中的少數(shù)載流子壽命足夠高。然而,目前的研究顯示:N型4H-SiC的禁帶內存在一定濃度的深能級缺陷(Z_(1/2)和EH_(6/7)),而且是制約其少子壽命的主要因素,但是對于P型4H-SiC少子壽命的研究還不夠深入,且影響P型4H-SiC少子壽命的深能級類型和具體位置并無定論,因此限制了從少子壽命方面提升SiC高壓大功率器件的性能。本文結合μ-PCD(微波光電導衰減)法、PL(光致發(fā)光)法和ESR(電子自旋共振)法研究了P型4H-SiC外延材料中的少數(shù)載流子壽命以及深能級缺陷。首先,我們對P型4H-SiC材料進行了不同時間的熱氧化和高溫退火處理,經過μ-PCD法測試結果發(fā)現(xiàn):(1)原始樣片平均少子壽命為223.2ns,高溫1150℃熱氧化處理5小時,15小時,25小時的樣片壽命分別為219.82ns、212.84ns和217.27ns,與未處理的樣片結果對比均未有明顯變化;(2)只進行高溫退火的SiC樣片少子壽命為276.38ns,而經過5小時,15小時,25小時氧化后并進行高溫退火的樣片少子壽命分別為366.24ns,370.11ns和443.29ns,相比于只進行高溫退火的樣片壽命有顯著提升,最多能夠提升將近一倍,說明熱氧化對樣品的少子壽命的影響需要通過高溫退火來激活。而且,樣片少子壽命隨氧化時間加長而增大。其次,使用PL技術和ESR技術檢測P型4H-SiC材料中的缺陷類型和能級位置,同時結合氧化及高溫退火實驗,得出以下結論:(1)經過高溫熱氧化處理后樣片體內的碳空位濃度明顯降低,說明熱氧化能夠有效減少SiC外延層內的碳空位缺陷;(2)氧化后再經過高溫退火的樣片中碳空位與只經過熱氧化處理的樣片相比,并沒有明顯的變化,說明高溫退火對碳空位缺陷的影響不大。(3)影響P型4H-SiC少子壽命的主要能級缺陷也是碳空位缺陷,經PL測試得到兩種缺陷位于導帶下0.905eV和1.203eV,而熱氧化后退火能夠有效減少碳空位,從而增加少子壽命。同時,使用開路電壓衰減(OCVD)法測試封裝10kV、漂移區(qū)為100μm,摻雜濃度是3×10~(14) cm~(-3)的SiC PiN二極管漂移區(qū)(i區(qū))電壓衰減曲線,并計算得到室溫下少子壽命為720 ns,結合將得到的少子壽命值作為復合參數(shù)帶入到仿真軟件ISE-TCAD中,得到PiN二極管的正向特性曲線,與實際測試的正向曲線比較后,通過二者基本重合證明OCVD法的可行性和準確性。本文實驗結果表明,熱氧化后再進行高溫退火處理能夠有效減少P型4H-SiC外延材料內影響少子壽命的深能級缺陷,從而有效提升少子壽命,從本征下的223.2ns最多能夠提升到443.29ns,將近提高一倍,同時也說明OCVD法能夠很好地彌補μ-PCD法測試器件少子壽命方面的不足。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN303
【圖文】：

圖1.1 碳化硅與硅器件對比 IGBT 是復合全控型電壓驅動式的半導體功率器件，具有柵極驅動簡單、電流開關能力大等優(yōu)點。目前，Si 基 IGBT 在電力電子的應用中已經取得巨大成功，它的閉鎖電壓在 1.2-6.5 kV 之間。然而新世紀以來，隨著半導體技術的發(fā)展和對器件的要求不斷提高，Si 基 IGBT 已慢慢達到了器件性能的瓶頸，無法繼續(xù)滿足新型能源、智能電網和高速通信等新型應用的發(fā)展。因此，對于 IGBT 器件研究的重點轉移到具有高

(c)樣片 6 (d)樣片 7 圖3.1 μ-PCD 測試原生及氧化樣品少子壽命結果 此外，μ-PCD 測試結果如圖 3.2 所示，顯示只進行高溫退火的樣片 2 少子壽命測試結果為 276.38ns，比樣片 1 和只經過熱氧化處理的樣片 4、6、7 壽命有所提高。而經過 5 小時，15 小時，25 小時氧化后并進行高溫退火的樣片 3、5、8 少子壽命分別為 366.24ns, 370.11ns 和 443.29ns，相比于只進行高溫退火的樣片壽命提升更多。而且，由圖 3.3 可知

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