随着能源技术的不断进步，半导体器件作为能源转换和控制的关键元件，扮演着越来越重要的角色。在这个领域中，碳化硅（SiC）MOS器件因其优异的性能和特性备受关注。
SiC是一种IV-IV族化合物半导体材料，其击穿电场是Si材料的十倍，热导率几乎是Si材料的三倍，更宽的带隙，更高的热导率和更大的临界击穿电场使得SiC功率器件可以工作在更高温度的环境中，并且实现更高的电流密度和阻断电压。高的饱和漂移速度和迁移率可以提高器件的开关频率。
对于SiC材料而言，存在多种晶体类型。常用的晶型有3C、4H和6H。晶体类型不同，SiC材料的电学特性各不一致且有较大区别，与4H和6H相比，3C的带隙最窄，击穿场强最低。并且3C-SiC需要在Si材料上异质外延生长形成，目前还没有成熟的晶体生长技术。4H和6H晶型之间最显著的区别在于4H-SiC中的电子迁移率在垂直于c轴的方向上是6H晶型的两倍，在平行于c轴的方向上几乎是6H晶型10倍。因此SiC材料的三种晶型中4H-SiC的应用最为广泛。
如下为一个典型的SiC MOSFET平面栅和沟槽栅的示意图
1. SiC MOS的阈值电压VTH
SiC MOS的阈值电压通常比Si MOS和Si IGBT要低，这是因为如下几个因素：
1）杂质掺杂：SiC材料中的杂质掺杂会影响其电子能带结构和导电性质。相比之下，Si 类器件中的掺杂通常更多地依赖于离子注入或扩散技术，因此Si MOS的阈值电压较高。
2）能隙大小：SiC具有较大的能隙，通常是Si的3倍以上。能隙的大小决定了材料的导电性质。由于SiC的能隙较大，载流子在沟道中的传递需要较高的电场强度。因此，为了在SiC MOS器件中形成可触发的导电通道，需要更低的栅极电压，从而降低阈值电压。
3）氧化层特性：SiC MOS中的氧化层对阈值电压的调节起着关键作用。与Si MOS相比，SiC MOS中的氧化层通常更薄，也更容易通过控制工艺参数来优化。这样可以实现较低的表面态密度和界面态密度，进而降低阈值电压。
2. SiC MOS的导通电阻Rds(on)
SiC MOS的导通电阻（Rds(on)）是指当SiC MOS器件完全开启时，漏极和源极之间的电阻。由图中几部分组成。
SiC的绝缘击穿场强是Si的10倍，所以能够以低阻抗、薄厚度的漂移层实现高耐压。因此，在相同的耐压值的情况下，SiC可以得到标准化导通电阻（单位面积导通电阻）更低的器件。
导通电阻Rds(on)与以下结构参数相关：
1）接触设计：常见的接触结构包括金半接触、欧姆接触等，可以通过掺杂或改变材料等方法降低势垒高度减小接触电阻来降低导通电阻。
2）沟道设计：沟道是MOS中负责电流传输的区域，通过增加沟道宽度和改变沟道的掺杂浓度等方式来降低导通电阻。
3）界面状态：界面处的缺陷和氧化物质量会对导通电阻产生影响。尤其对于SiC MOS而且，SiC/SiO2界面的形成及缺陷尤为重要，降低界面态密度、提升沟道电子迁移率可以有效降低导通电阻。
4）结构设计：合理的结构设计也对导通电阻起着重要作用。例如，优化沟槽形状、掺杂分布和绝缘层厚度等参数，可以减小电流通过的路径长度和阻抗。
3. SiC MOS的Vd-Id特性及Vg-Id特性
1）Vd-Id特性：在SiC MOS中，Vg-Id曲线分为三部分：①截止区，V
上一篇：IGBT器件静态特性
下一篇：新型互连技术—烧结银技术
关注微信公众号
搜索更多
0551-68281313