4H-SiC厚外延膜中擴展缺陷產生及轉化機理研究

《4H-SiC厚外延膜中擴展缺陷產生及轉化機理研究》是依託西安電子科技大學，由賈仁需擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：4H-SiC厚外延膜中擴展缺陷產生及轉化機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：賈仁需
• 依託單位：西安電子科技大學

項目摘要

高功率SiC基功率器件的實現普及，會使能源轉換領域將會發生巨大變化，極大地促進能源節約型社會的建設進程。基於SiC的高功率器件須在SiC的厚外延上進行製作，厚外延材料質量的優劣（缺陷多少）直接決定了SiC電力電子器件的性能。本項目在現有4H-SiC同質外延生長和表征研究的基礎上，採用理論和實驗相結合的方法，建立厚外延中缺陷的產生和轉化模型，揭示缺陷的演化變化規律，提出4H-SiC厚同質外延中缺陷的控制方法；最佳化4H-SiC厚膜外延材料生長技術，生長出4H-SiC厚同質外延薄膜，並製備出相同結構的高功率4H-SiC PiN原型，驗證厚外延中缺陷的演化機理和缺陷控制方法。本項目在4H-SiC厚同質外延中缺陷的產生、轉化機理和缺陷控制方法等方面尋求突破現有研究的瓶頸，製備出高質量的4H-SiC厚外延薄膜，有望促進4H-SiC高功率電力電子器件的發展，為新一代SiC基功率器件的發展做出貢獻。

結題摘要

SiC作為半導體材料具有許多優良的性能，如寬禁帶、高熱導率、高飽和漂移速率等，是製備高溫、高頻、高功率的電子器件的理想材料之一。基於SiC的高功率器件須在SiC的厚外延上進行製作，厚外延材料質量的優劣（缺陷多少）直接決定了SiC電力電子器件的性能。 本項目在現有4H-SiC同質外延生長和表征研究基礎上，採用理論和實驗相結合的方法，建立出厚外延中缺陷的產生和轉化模型，揭示缺陷的演化變化規律，提出4H-SiC厚同質外延中缺陷的控制方法；最佳化4H-SiC厚膜外延材料生長技術，生長出4H-SiC厚同質外延薄膜，並製備高功率4H-SiC PiN 二極體，研究了缺陷對器件特性的影響。主要的研究成果如下： （1）根據VP508腔體結構特點，建立了流場和溫度場分布模型；結合grove模型，建立了4H-SiC的CVD外延速率模型。分析了外延層厚度的分布規律，並指出恰當控制主氣流速和托盤轉速的關係有助於提高外延層的厚度均勻性。 （2）通過對不同缺陷的伯格斯矢量和彈性應變能的分析，研究了位錯缺陷在厚膜外延生長中的延伸和轉化機理。研究結果表明：TSD不能轉化為TED而BPD可以轉化為TED。採用Raman，電子背散射衍射等無損方法對三角形缺陷結構進行分析，完善了材料缺陷的表征體系。上述研究為缺陷控制方法的研究提供了理論指導。 （3）研究了生長工藝參數對外延缺陷的影響。通過最佳化氫刻蝕工藝和提高生長溫度等方法降低了材料表面的劃痕、刻蝕坑、三角形缺陷等材料缺陷，降低外延層的表面粗糙度。利用選擇性刻蝕方法，使外延材料的BPD密度由1.7×104/cm2降低到5.3×103/cm2。 （4）通過增大矽烷流量和丙烷流量提高生長速率，並加入HCl抑制表面矽滴的形成。提出了新型低壓外延生長方法進一步控制材料缺陷。生長的50μm厚外延材料，表面粗糙度小於0.2nm，厚度不均勻性為1.3%-1.8%之間，快速外延生長速率達到25-30μm/h。 本項目在4H-SiC厚同質外延中缺陷的產生、轉化機理和缺陷控制方法等方面突破現有研究瓶頸，製備出高質量的4H-SiC厚外延薄膜，促進4H-SiC高功率電力電子器件的發展，為新一代SiC基功率器件的發展奠定了基礎。