SiC半导体材料和工艺的发展状况

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1、《半导体材料》小论文Sic半导体材料和工艺的发展状况学院：大数据与信息工程学院专业：物理电子学姓名：理学号：2014021522教师：肖清泉2014年12月25日Sic半导体材料和工艺的发展状况王凯贵州人学人数据信息T程学院摘要：碳化硅（SiC）是一种宽禁带半导体材料，适用于制作高压、高功率和高温器件，并可以工作在直流到微波频率范围。阐述了Sic材料的性质，详细介绍了Sic器件工艺（掺杂、刻蚀、氧化及金属半导体接触）的最新进展，并指出了存在的问题及发展趋势。关键词：碳化硅器件；器件工艺；半导体材料Abstract:SiCisakindofwide-bandsemiconducto

2、rmaterialthatissuitableforproducinghighvoltage,highpowerandhightemperaturedevics.SiCdevicescouldoveratewithintherangefromdetomicrowave・Inthispaper,thepropertyofSiCispresentedandtheresentevolutionoftheSiCdeviceprocessisintroducedindetail,includingdoping,etching,oxidationandmetalsemiconductorco

3、ntact.Theproblemsthatstillexistbynowarepointedoutandthedevelopmenttendencyisdiscussed・Keywords:SiCdevice;process;semiconductormaterial使用硅器件的传统集成电路大都只能工作在250°C以下，不能满足高温、高功率及高频等要求。冃前，人们己将注意力转移到SiC材料最成熟的宽禁带半导体材料(210eVWEgW710eV)。SiC具有独特的物理性质和电学性质，是实现高温与高功率、高频、抗辐射相结合器件的理想材料。随着6H、4H-SiC体材料的相继商品化,Si

4、C器件T艺，如氧化、掺杂、刻蚀及金属・半导体接触，都日渐成熟，这些为SiC器件的研制及应用奠定了基础。1SiC材料的结构与特性SiC的基本结构单元是Si・C四面体，属于密堆积结构。山单向堆积方式的不同产牛各种不同的晶型，业已发现约200种。密堆积有3种不同的位置，记为A,B,Co依赖于堆积顺序，SiC键表现出立方闪锌矿或六方纤锌矿结构。如堆积顺序为ABC'ABC,则得到立方闪锌矿结构，记作3c-SiC或B・SiC(c=cubic)0若堆积顺序为AB'AB…，则得到纯六方结构，记为2H-SiC(H=hexagonal)oJt它多型体为以上两种堆积方式的混合。两种最常见的六方晶型是4

5、H和6H。其堆积方式分别为ABCB,ABCB和ABCACB'ABCACB,如图1所示。ABCAaC(a)(b)"(c)图1几种常见的SiC密堆积结构不同的SiC多型体在半导体特性方面表现出各自的特性。利用SiC的这一特点可以制作SiC不同多型体间品格完全匹配的异质复合结构和超品格，从而获得性能极佳的器件。SiC具有非常高的热稳定性和化学稳定性。在任何合理的温度下，其体内的杂质扩散都儿乎不存在⑴。室温下，它能抵抗任何已知的酸性蚀刻剂，这些性质使SiC器件可以在高温下保持町靠性，并且能在苛刻的或腐蚀性的环境中正常T作。SiC其它的优良特性如表1所示。表1几种S1C多型体及英它常见半导

6、体材料的性能比较特性SiGaAs3C-SiC4H-SiC6H-SiC禁帯宽度/eV1.121.432.43.263.0最高工作温度/°C600760125015801580相对介电常数11.812.59.72109.66热导率(W/K・cm)1.50.543.23.74.9击穿电场(V/cm)3X1054X1052.12X1062.2>4062-5X106电子迁移率(cnr/s*V)150088008001000400空穴迁移率(cnr/s*V)42540040115101最大电子饱和速度(cms)9X061.3XO72.2X1072X1072SiC材料生长技术SiC是最早被发现

7、的半导体材料之一，但在很长的时间内，SiC仅作为研磨和切割材料应用于工业中。SiC具有高的化学和物理稳定性，使其高温单晶牛长和化学及机械处理都非常困难。因此，日前应用于制造器件的SiC材料都是由薄膜制备技术生长的外延薄膜材料，最早使用的Lely法采用的是升华再结晶工艺：将一个内装多晶SiC粉末的多孔石墨管，用感应加热法加热到2500°C,升华出SiC,并在石墨腔体内部稍冷的位置凝聚，生成六角形状的、大小和结晶类型不定的单晶板块，该方法可以形成沟径很小(W8mm)、杂质含量较高的a