HfAlO/4H-SiC MOSFETs功率器件研究

批准号:
61176070
项目类别:
面上项目
资助金额:
74.0 万元
负责人:
张玉明
依托单位:
学科分类:
F0404.半导体电子器件与集成
结题年份:
2015
批准年份:
2011
项目状态:
已结题
项目参与者:
张义门、贾仁需、王悦湖、陈丰平、韩超、张超、许俊瑞、元磊
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中文摘要
高功率SiC基器件的普及,能有效降低能量损失,促进能源节约型社会的建设。为适应高功率SiC MOSFETs器件发展,用高介电常数材料来替代现有的SiO2栅氧化层势在必行。本项目在现有SiO2/SiC MOSFETs和high-k材料/SiC MOS电容的研究基础上,采用理论和实验相结合的方法,研究适合4H-SiC MOSFETs的HfAlO为栅的结构,揭示Hf、Al 、O组分变化与界面电学特性的变化规律,提出HfAlO/4H-SiC界面特性优化方法;建立HfAlO/4H-SiC MOSFETs二维器件模型,揭示器件的输运特性和载流子的散射规律,得到器件的结构参数,研制出高电子迁移率的新型高功率HfAlO/4H-SiC MOSFETs原型。本项目从新的角度寻找适合SiC MOSFETs的栅介质材料并应用器件制备,有望促进4H-SiC高功率MOSFETs的发展,为克服瓶颈提供新的研究思路和方向
英文摘要
碳化硅由于其优越的电学特性(宽禁带,高热导率,高击穿电场以及高饱和电子速率)一直以来成为研究的热点。然而SiC MOSFET器件的整体效率受到栅绝缘层的质量和可靠性的影响。为了减少栅介质的电场,不同的高K材料被提出。我们采用原子层淀积技术制备三种不同绝缘层样品,并利用Keithley4200半导体分析仪、XPS、AFM对其特性进行了测试。结果表明Al2O3薄膜表面均匀性较好,均方表面粗糙度小,淀积的Al和O元素已经形成了稳定的Al-O结构。对I-V分析结果表明SiO2中间层有效的提高了4H-SiC与栅介质之间的势垒高度,减小漏电流。C-V处理结果表明高温条件下热电子发射加剧,栅介质层漏电增强,且随着温度的升高,存在于Al2O3和SiO2层中俘获电子的受主型陷阱受热激发而脱离陷阱,提取的势垒高度远大于Al2O3/4H-SiC的势垒高度,可知该受主型陷阱主要是分布在SiO2层中,陷阱辅助的热电子发射机制起着主导作用,同时也存在占总漏电的比重不大的热电子发射。对不同组分的HfAlO/SiC 结构研究得出,绝缘层与SiC的晶格失配较大,悬挂键较多,成为HfO2比Al2O3界面态密度大的主要原因。HfO2的边界陷阱密度最小,Al2O3的最大,并且HfAlO随着Hf的含量减少,其边界陷阱密度减少。通过退火工艺可以改进介质层质量,减少表明粗糙度,增加材料的致密性,但样品表面的缺陷数目并没有减少。还会使材料原子的活动性增强,导致不同位置处的组分发生变化,退火后界面处Al的含量升高,这是由于界面处的Al Hf是由介质层游离过来的。退火还能改进HfO2与SiC之间的导带带偏,使HfO2与SiC导带顶的距离增大,增大势垒高度,减少直接隧穿和F-N隧穿,从而减少漏电流。对不同厚度SiO2的HfAlO/SiO2/4H-SiC结构特性研究表明其主要漏电机制肖特基发射和F-P发射,其作用的电场范围与SiO2厚度密切相关,SiO2厚度越薄,其阻碍电子隧穿的能力越差。最后,提出了一种新型高K/4H-SiC MOSFET模型,采用深刻蚀U槽栅技术,提高了击穿电压减小导通电阻。
期刊论文列表
专著列表
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专利列表
DOI:--
发表时间:2012
期刊:Sci. China Technol. Sci
影响因子:--
作者:宋庆文;张玉明;张义门;汤晓燕
通讯作者:汤晓燕
Fabrication and characterization of 4H-SiC Power UMOSFETs
4H-SiC 功率 UMOSFET 的制造和表征
DOI:--
发表时间:--
期刊:Chin. Phys.B
影响因子:--
作者:张玉明
通讯作者:张玉明
DOI:10.1063/1.4902963
发表时间:2014-12-14
期刊:JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
影响因子:3.2
作者:Liu, C.;Zhang, Y. M.;Lv, H. L.
通讯作者:Lv, H. L.
Investigation of 4H SiC metal insulation semiconductorstructure with Al2O3/SiO2 stacked dielectric
Al2O3/SiO2叠层介质4H SiC金属绝缘半导体结构研究
DOI:--
发表时间:2012
期刊:Chinese Physics B
影响因子:1.7
作者:张玉明
通讯作者:张玉明
4H-SiC trench gate MOSFETs with field plate termination
具有场板端接的 4H-SiC 沟槽栅极 MOSFET
DOI:10.1007/s11431-014-5663-5
发表时间:2014-09
期刊:Science in China - Series E: Technological Sciences
影响因子:--
作者:Song QingWen;Zhang YuMing;Zhang YiMen;Tang XiaoYan
通讯作者:Tang XiaoYan
新型SiC基high-k介质强电导增强型高压MOSFET新结构研究
- 批准号:61774119
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:63.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:张玉明
- 依托单位:
碳化硅金属-半导体双极型晶体管的研究
- 批准号:60876061
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:40.0万元
- 批准年份:2008
- 负责人:张玉明
- 依托单位:
自旋器件输运机理的研究
- 批准号:90407014
- 项目类别:重大研究计划
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2004
- 负责人:张玉明
- 依托单位:
注钒(V)制备半绝缘碳化硅层的研究
- 批准号:60376001
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:17.0万元
- 批准年份:2003
- 负责人:张玉明
- 依托单位:
国内基金
海外基金
