SiC材料及SiC基MOS器件理論研究.pdf

1、SiC以其優(yōu)異的材料特性，在高溫、大功率和抗輻射器件電子學應用方面顯示出明顯的優(yōu)勢。另外，在化合物半導體中唯有SiC存在本征氧化物SiO2，因此SiC基MOSFET的研究引起高度關注和極大興趣。本文主要圍繞SiC材料和SiC基MOS器件開展了系列研究。 在p型SiC中雜質激發(fā)態(tài)的影響很大，但目前這方面的研究還很少。本文集中研究了激發(fā)態(tài)對雜質電離、n-MOSFET反型層電荷和MOS電容的影響。激發(fā)態(tài)的影響與溫度、摻雜濃度以及雜質能

2、級深度存在密切的關系。在雜質激發(fā)態(tài)的作用下，n-MOSFET的反型層電荷面密度降低，激發(fā)態(tài)主要影響亞閾值區(qū)。對于MOS電容的C-V特性曲線，其在平帶附近的Kink效應因激發(fā)態(tài)的影響而減弱，且曲線產生一小的平移。 在SiC中存在顯著的基態(tài)施主能級分裂現象，但目前的電子分布函數并不包含能級分裂因素。在本文中，通過引進基態(tài)施主分裂能級的平均能量增量和平均配分函數，得到了包含此因素的分布函數。并研究了在不同條件下基態(tài)施主能級分裂對雜質電

3、離、p-MOSFET反型層電荷和MOS電容的影響。在基態(tài)施主能級分裂的作用下，p-MOSFET的反型層電荷面密度降低，MOS電容C-V特性曲線平帶附近的Kink效應被減弱。 為了使電路設計師能夠充分利用SiC基MOSFET的優(yōu)勢，必須構建精確有效的器件集約模型（compact model）。在集約模型的構建過程中，高溫溝道電子遷移率模型的建立至關重要。本文在考慮到各種現有因素并引進新因素的條件下，建立了比較合理的高溫溝道遷移率模

4、型。同時，在這部分中提出了采用與溫度—閾值電壓實驗曲線擬合，來確定界面態(tài)參數和固定氧物電荷的新方法。 表面勢基MOSFET的集約模型中，表面勢的顯性表達式占有重要地位。目前已有的Si基MOSFET的表面勢顯性式，沒有考慮界面陷阱電荷并認為雜質完全電離，因此它不適用于SiC基MOSFET。本文在Si基MOSFET的表面勢顯性表達式的基礎上，并考慮到雜質不完全電離和界面態(tài)這兩種因素，推導出了適用于SiC基MOSFET的從積累到強反型