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、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熱氧化工藝生長氧化膜，這使得它更容易在成型的硅器件體系下設(shè)計和制作基于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受主界面態(tài)和禁帶下半部分的類施主界面態(tài)對溝道遷移率的影響，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)，模擬計算獲得SiC MOSFET的最大溝道遷移率9.3cm2/V·s，與實(shí)測的結(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，與通過氮等離子體處理之后的結(jié)果一致。通過模擬分析各散射機(jī)制對遷移率影響的程度，表明了以界面電荷為主的庫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禁帶上半部分類受主界