退火條件對(duì)4H-SiC-SiO2 MOS電容特性的影響研究.pdf

1、碳化硅（SiC）具有寬禁帶，高擊穿電場(chǎng),高熱導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)，是優(yōu)良的第三代半導(dǎo)體材料。SiC MOS器件特別適用于高溫，高頻大功率，強(qiáng)輻射的工作條件，在航空航天，核能，通訊等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而SiC/SiO2界面質(zhì)量較差，界面態(tài)密度較高，這樣會(huì)導(dǎo)致反型溝道遷移率較低，閾值電壓，柵可靠性等問題，極大地限制了SiC MOS器件的性能。改善界面質(zhì)量，降低器件界面態(tài)密度仍是當(dāng)前的熱點(diǎn)問題，其中氧化后退火被證明是一種有效的手段。
　　

2、本文研究了三種SiC熱氧化退火氣氛（NO，Ar，N2）的效果，對(duì)這三種氣氛下退火的n型4H-SiC MOS電容樣品進(jìn)行了測(cè)試與分析。
　　樣品的C-V測(cè)試結(jié)果表明：NO退火樣品的平帶電壓正偏較小，氧化層陷阱密度Not，近界面陷阱密度Niot以及界面態(tài)密度Dit也均明顯小于另兩個(gè)樣品。這說明NO退火能更有效的減少界面態(tài)，氧化層中的近界面陷阱與氧化層中的陷阱。
　　I-V測(cè)試結(jié)果表明，界面態(tài)密度較低的NO退火樣品相比于Ar和N2

3、退火樣品，其半導(dǎo)體材料與氧化絕緣層之間的勢(shì)壘高度Fb值較高，漏電流較低。
　　電壓應(yīng)力測(cè)試的結(jié)果表明：隨電壓應(yīng)力時(shí)間累積，三個(gè)樣品的平帶電壓均發(fā)生正向漂移。不過NO與Ar氣退火的樣品的平帶電壓在一定加壓時(shí)間后即趨于穩(wěn)定，之后基本不再隨電壓應(yīng)力時(shí)間增加繼續(xù)漂移；而N2退火樣品平帶電壓的漂移隨電壓應(yīng)力時(shí)間累積不斷增加，說明N2退火樣品可靠性較差。
　　高溫測(cè)試中，分別在25℃,75℃，150℃下測(cè)試了樣品的C-V與G-V曲線。高

4、溫條件下更容易發(fā)生電荷陷阱的填充。電子向陷阱的填充導(dǎo)致了Ar與N2樣品的C-V曲線隨溫度升高的正向延展，以及距Ec約0.2eV處G-V峰下降。而NO樣品中由于NO退火引入了空穴陷阱，測(cè)試過程中空穴填充與電子填充兩種效應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致其C-V曲線的趨勢(shì)產(chǎn)生抖動(dòng)，不過整體上還是空穴填充占優(yōu)勢(shì)導(dǎo)致C-V曲線整體上還是隨溫度升高向負(fù)向延展。而NO樣品的距Ec約0.2eV處的G-V峰隨溫度升高峰值的下降，與深能級(jí)位置的G-V峰（對(duì)應(yīng)于ON1陷阱）峰值