SiC MOSFET溝道電子遷移率的Monte Carlo模擬研究.pdf

1、碳化硅(SiC)半導(dǎo)體材料，由于具有寬禁帶、高擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率等優(yōu)異特性，使其在高溫、高功率、高頻、高輻射等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，其研究廣為關(guān)注。與其它寬帶隙半導(dǎo)體相比，SiC能夠像硅那樣直接通過(guò)熱氧化工藝生長(zhǎng)氧化膜，這使得它更容易在成型的硅器件體系下設(shè)計(jì)和制作基于MOS(金屬/氧化物/半導(dǎo)體)結(jié)構(gòu)的器件。然而實(shí)際制作的SiC MOSFET溝道遷移率較低，其主要原因是由于SiO2/SiC的界面態(tài)密度過(guò)高。因此如何降低SiO2/SiC的界面

2、態(tài)密度，不同的半導(dǎo)體工藝如何影響溝道遷移率，這成為SiC MOS器件研究中的關(guān)鍵問(wèn)題。 本文采用Monte Carlo模擬，并結(jié)合全能帶模擬法和散射模型模擬法，考慮了柵氧化層電荷、界面態(tài)陷阱電荷和溝道電離雜質(zhì)電荷的作用以及它們之間的相關(guān)性，計(jì)算并給出了柵壓與溝道遷移率之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，充分考慮禁帶上半部分的類(lèi)受主界面態(tài)和禁帶下半部分的類(lèi)施主界面態(tài)對(duì)溝道遷移率的影響，引入了晶格離化、雜質(zhì)表面聲子、界面電荷庫(kù)侖散射以及界面粗糙

3、散射等散射機(jī)制，并考慮了反型電子的屏蔽效應(yīng)，模擬計(jì)算獲得SiC MOSFET的最大溝道遷移率9.3cm2/V·s，與實(shí)測(cè)的結(jié)果較為接近。采用只考慮表面粗糙散射的MonteCarlo方法，模擬得到溝道遷移率可以達(dá)到35cm2/V·s，與通過(guò)氮等離子體處理之后的結(jié)果一致。通過(guò)模擬分析各散射機(jī)制對(duì)遷移率影響的程度，表明了以界面電荷為主的庫(kù)侖散射是影響溝道電子遷移率的主要因素，它決定了溝道電子遷移率的最值。而氮等離子體處理對(duì)禁帶上半部分類(lèi)受主界