时间：2022-06-26 08:16:45
【摘要】SiC是新一代高温、高频、大功率和抗辐照半导体器件和集成电路的半导体材料，具有高击穿电场、高饱和电子漂移速率、高热导率及抗辐照能力强等一系列优点肖特基势垒二极管是实现各种SiC器件的基础，因此对SiC肖特基势垒二极管高温特性的研究具有十分重要的理论和实际意义。
【关键词】碳化硅；肖特基势垒二极管；伏安特性；热电子发射理论
第三代宽带隙半导体材料SiC特别适合制作高压、高温、高功率、耐辐照等半导体器件，使得其在航空航天综合工程、核动力工程、矿物开采与加工、化学工业、汽车制造业等领域有着广泛的应用前景。近年来，SiC器件在高温特性研究和应用方面都取得了很大的进展。目前，对高于550K的肖特基二极管的特性未见报道，而550K的温度远远不能满足目前对极端电子器件的要求，也没有发挥SiC的优势[1～3]，需要我们进行进一步的研究探索。
1.肖特基二极管的器件结构
主要工艺流程是：
（1）制备样片，超声清洗晶片，之后用1号、2号洗液清洗，再用高纯冷热去离子水冲洗。
（2）有源区厚氧化，光刻，离子注入三价金属（Al，B）形成p型掺杂区，1650℃真空退火。
（3）衬底在高真空中电子束蒸发厚度为1.2Lm的Ti、Ni、Ag合金，在氩气保护下950℃退火，形成欧姆接触。
（4）有源区光刻，外延层在高真空电子束蒸发厚度为1Lm的Ni（Ti），在氩气保护下650℃退火，形成肖特基接触，在Ni（Ti）上蒸Au作为加厚及防氧化保护层。
（5）反刻Ni（Ti）、Au，划片，烧结，压焊，封装和测试。
2.实验结果与分析
2.1 实验
2.2 实验结果
SiC材料具有很宽的禁带宽度（4H-SiC的禁带宽度Eg=3.26eV），决定了其器件具有良好的温度特性，能够在很宽的温度区间范围正常工作。由于封装技术限制，我们对SDT06S60器件做了宽温区（-100～500℃）的温度特性研究，对实验室研制的Ti肖特基势垒二极管和Ni肖特基势垒二极管做了从室温（20℃）到320℃温度范围的温度特性研究。采用改进型恒流源电路，在肖特基势垒二极管上加恒定的正向电流，同时采用直流稳压源作为电源，保证电流和外加电压的恒定，对SDT06S60器件，我们设定工作电流为8mA，在低温条件下（-100～+20℃），采用Keithley 182仪器记录了肖特基势垒二极管正向压降随温度变化的关系；在可控高温炉中测量了器件在高温时正向压降随温度变化的关系。
对于Ti肖特基势垒二极管和Ni肖特基势垒二极管，选电流为0.5mA，在可控高温炉中测量了器件在高温时正向压降随温度变化的关系。本研究没有涉及这一问题，目前还没有见到对此进行深入研究的报道。
3.结论
通过对测试结果分析，发现热电子发射是正向电流密度的主要输运机理。和室温条件相比，反向电流密度仅仅取决于隧道电流，热电子发射电流和耗尽层中复合中心产生电流都随温度的升高而大大增加，必须加以考虑。
肖特基势垒二极管的理想因子、串联电阻、肖特基势垒高度均与温度相关。对于本文采用的Ti/4H―SiC样品，在温度为395K和528K时，理想因子分别为1.35和1.39，串联电阻Ron分别为2.7mΩ・cm2和8.9mΩ・cm2肖特基势垒高度分别约为0.86eV和1.03eV，开启电压基本保持不变，为0.5V左右。
参考文献
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