氮鈍化SiC MOS界面特性的Gray-Brown法研究.pdf

1、第三代半導體材料碳化硅(SiC)由于具有寬帶隙、高臨界擊穿電場、高熱導率以及高載流子飽和漂移速度等優(yōu)異特性，而廣泛應用于高溫、大功率、高頻、抗輻射等領域。同時，SiC是唯一一種能通過熱氧化形成本征氧化物的寬帶隙化合物半導體材料，使得基于SiC MOS的器件更容易在成熟的硅工藝上制作實現。然而，實際制作的4H-SiCMOSFETs的溝道載流子遷移率非常低，嚴重影響了器件性能。其原因主要是SiO2/SiC界面態(tài)密度過高，尤其是導帶附近的高界

2、面態(tài)密度。因此鈍化界面缺陷，降低SiO2/SiC界面態(tài)密度，特別是SiC導帶附近的界面態(tài)密度已成為SiC MOS器件研究的關鍵技術問題。
　　本文采用電子回旋共振(ECR)氮等離子體對SiO2/SiC界面進行鈍化，并制作成MOS電容結構。通過I-V測試研究了柵氧化膜的擊穿特性，測得柵氧化膜的擊穿場強為9.92MV/cm，根據F-N電流隧穿模型，通過分析J-E曲線獲得SiO2與SiC之間勢壘高度(φ)b為2.69eV，接近理論值2.

3、72eV，這表明經過氮等離子體處理的氧化膜保持了良好的耐擊穿特性。Gray-Brown法被用來提取室溫Hi-Lo C-V法無法提取的距導帶底EC0.2eV以內的界面態(tài)分布情況。采用Gray-Brown法研究分析了MOS電容80-300K的低溫高頻C-V曲線，從而更加精確地獲得距EC～0.05-0.2eV范圍內的界面態(tài)分布情況，結合室溫Hi-Lo C-V法，進而獲得了在EC～0.05-0.6eV整個范圍內的界面態(tài)分布情況。系列實驗的研究結

4、果表明，SiO2/SiC界面氮等離子體處理10min的鈍化效果最好，界面態(tài)密度顯著降低。距EC～0.05eV處的界面態(tài)密度由未處理的5.53×1013cm-2eV-1降低為處理后的2.91×1013cm-2eV-1。在0.2eV處，由Hi-Lo C-V法計算得到的界面態(tài)密度降低至1.33×1012cm-2eV-1。
　　上述結果表明，SiO2/SiC界面經過氮等離子處理可以保持氧化膜良好的擊穿特性，并且有效地降低距EC～0.05-