碳化硅/二氧化硅界面态对MOSFET电学性能影响的机理性和实验性研究
结题报告
批准号:
51807054
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
翟东媛
依托单位:
学科分类:
E0706.电力电子学
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
李皓、江希、方芳、曾程、彭志高
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
客服二维码
微信扫码咨询
中文摘要
SiC MOSFET是一种倍受关注的电力电子器件,但较低的沟道迁移率和高电场下的栅氧可靠性问题制约了其性能进一步提高。近二十年来,此领域研究进展缓慢,一是因为碳化硅/二氧化硅(SiC/SiO2)界面超低浓度缺陷表征难度大,难以从实验上将界面缺陷、缺陷能级和器件电学性能进行对应,限制了针对性地从微观结构改进器件性能;再者SiC MOSFET栅氧可靠性方面的研究较少,失效物理机理未有定论,需深入探索。我们计划从三个方面着手研究该问题:第一,采用离子注入在SiC/SiO2界面可控引入一定浓度的特定元素,借助物化分析和电学分析手段,理清SiC/SiO2界面微观结构对器件电学性能的影响规律;第二,采用经时绝缘击穿(TDDB)测试方法研究栅氧的长期可靠性,分析栅氧的失效机理;第三,通过氧元素注入后氧化和臭氧氧化工艺研究来探索降低沟道电阻和提高栅氧可靠性的方法。
英文摘要
SiC MOSFET has been intensively investigated as a promising power electronic device. However, the relatively low channel mobility and the gate oxide reliability issue under high electric field limit its performance improvement. And, this has proved to be an elusive task in the late twenty years, and no fundamental improvement was achieved. Since it is essentially difficult to quantitatively analyze the SiO2/SiC interface, the relationship between the intrinsic properties (e.g., interface defects, defect energy levels) and the electrical performance of devices has not been clarified yet. To improve the device performance by optimizing the microstructures is thus impeded. On the other hand, there are few studies on the oxide’s physical failure mechanisms of SiC MOSFET which require in-depth research and investigation. Thus we plan to explore the intrinsic gate oxide properties from the following three aspects. First, we will controllably introduce certain amount specific elements to the SiO2/SiC interface by ion implantation. The influence of SiC/SiO2 interface on the electrical properties of devices can be investigated by physicochemical analysis and electrical analysis. Second, we will use the TDDB methodology to study the long-term reliability of gate oxide and analyze the failure mechanism of gate oxide. Third, explore ways to reduce the channel resistance by lowering the interface states via ozone-oxidation and post-ion-implant oxidation.
项目依研究计划,对SiO2/SiC体系中对器件性能起制约作用的缺陷进行较为系统和深入的研究。研究结果显示:界面态与Si基体系类似,遵循SRH理论;针对近界面缺陷提出了其载流子捕获与释放机制,创新性的提出了依不同的MOS偏置状态,近界面缺陷具有不同的微观物理机制,在MOS处于耗尽区时,近界面缺陷与SiC导带之间可以进行可逆的双向隧穿,在MOS处于积累区时,电子可以隧穿进入近界面缺陷,但却需要跨越势垒才能返回SiC导带中;基于近界面缺陷对器件性能的严重影响,提出了抑制其浓度的工艺制备方案-高温低氧压氧化,并通过实验验证了其有效性,采用高温低氧压氧化,生成的SiO2层相比热氧化方法,具有更低的SiOxCy密度(近界面缺陷的重要来源之一),同时,高温低氧压氧化可以更为可控的进行超薄SiO2层的制备。研究结果具有基础研究意义(重点研究了不同缺陷的电学行为规律并给出了微观载流子捕获释放机制)和一定的工程研究价值(采用CV回滞特性进行近界面缺陷的量化对比分析,在低温下测试才能更全面的体现缺陷信息)。该项目为今后的研究奠定了基础并提供了思路,后续将在此基础之上进行更为深入的研究,致力于探索具有工程应用价值的高质量SiC MOSFET器件栅氧工艺的研发。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Electrical characterization of near-interface traps in thermally oxidized and NO-annealed SiO2/4H-SiC metal-oxide-semiconductor capacitors
热氧化和 NO 退火 SiO2/4H-SiC 金属氧化物半导体电容器中近界面陷阱的电学特性
DOI:10.1088/1361-6463/aba38b
发表时间:2020-08
期刊:Journal of Physics D: Applied Physics
影响因子:--
作者:Zhai Dongyuan;Gao Dan;Xiao Jing;Gong Xiaoliang;Yang Jin;Zhao Yi;Wang Jun;Lu Jiwu
通讯作者:Lu Jiwu
DOI:10.1016/j.mee.2021.111574
发表时间:2021-05
期刊:MICROELECTRONIC ENGINEERING
影响因子:2.3
作者:Zhai Dongyuan;Lv Zhipei;Zhao Yi;Lu Jiwu
通讯作者:Lu Jiwu
SiC MOS器件中近界面缺陷的电学响应机理及工艺改善方法研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    翟东媛
  • 依托单位:
碳化硅/二氧化硅界面态对MOSFET 电学性能影响研究
  • 批准号:
    2019JJ50091
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    翟东媛
  • 依托单位:
国内基金
海外基金