探讨碳化硅半导体技术的新发展摘要：随着社会的发展与进步，重视碳化硅半导体技术对于现实生活中具有重要的意义。
本文主要介绍碳化硅半导体技术新发展的有关内容。
关键词碳化硅；半导体；材料；技术；工艺；发展；
中图分类号：tq163+.4 文献标识码：a 文章编号：
引言
随着科学技术的发展，宇脱国防,是有勘探等领域对半导体电子器件提出了极为严格的要求，开发研制高温、高频、高功率、高耐压及抗辐射等新型半导体器件成为日益紧迫的问题.目前，半导体行业中常用的si材料由于本身条件的限制，对上述要求难以胜任;而作为n-n族二元半导体材料的sic具有较大的热导率、高临界击穿电场、宽禁带、高载流子迁移率等特点，越来越引起人们的重视.国外现已研制出多种sic器件.特别是在高沮功率器件方面，所制备的sic mc3sfet等器件的性能远远超出同类si器件.目前已有sic 蓝色发光器件作为商品出售.随着sic单晶生长技术和薄膜生长技术的突破，sic材料在研制高温、高频、大功率、抗辐射半导体器件方面受到极大关注，并加速了该领域的发展步伐.近两年来，国际上已掀起了对sic材料及器件研究的热潮。
一、半导体材料的特征
半导体材料在自然界及人工合成的材料中是一个大的部类。
顾名思义，半导体在其电的传导性方面，其电导率低于导体，而高于
绝缘体。
它具有如下的主要特征。
（1）在室温下，它的电导率在103—10-9s/cm之间,s为西门子，电导单位，s=1/r(w. cm) ；一般金属为107—104s/cm,而绝缘体则<10-10，最低可达10-17。
同时，同一种半导体材料，因其掺入的杂质量不同，可使其电导率在几个到十几个数量级的范围内变化，也可因光照和射线辐照明显地改变其电导率；而金属的导电性受杂质的影响，一般只在百分之几十的范围内变化，不受光照的影响。
（2）当其纯度较高时，其电导率的温度系数为正值，即随着温度升高，它的电导率增大；而金属导体则相反，其电导率的温度系数为负值。
（3）有两种载流子参加导电。
一种是为大家所熟悉的电子，另一种则是带正电的载流子，称为空穴。
而且同一种半导体材料，既可以形成以电子为主的导电，也可以形成以空穴为主的导电。
在金属中是仅靠电子导电，而在电解质中，则靠正离子和负离子同时导电。
二、晶体生长
sic具有同质异型体的特点，其每一种晶体结构都有着自己独特的电学及光学性质.表1给出了常见的几种具有不同晶体结构的sic 的电学特性与硅及砷化稼的比较.在许多器件应用中，sic的高击穿电场(比硅的5倍还大、宽的禁带宽度吸大于硅的2倍、高载流子饱和漂移速度(是硅的2倍)以及大热导率(大于硅的3倍)将充分发挥器件的应用潜力。
尽管许多年以前人们就已经知道了sic的一些潜在的优良电学特性，但由于材料生长的原因，直到现在还不能将这些特性充分应
用到器件或集成电路中去.目前通过改进型lely升华的方法得到了大面积重复性好的&h-sic单晶,1989年2. 54 cm的6h-sic单晶片首先商业化，此后sic半导体器件技术得到迅猛发展。
在众多的sic晶休结构中，4h-sic和6h-s〔由于其单晶生长工艺的成熟性以及较好的重复性，使它们在电子器件中应用比较广泛.市场上可得到的4h或8h sic晶片的直径已经达到4.445 cm，具体价格根据其规格的不同从800 -2 000美元/片不等，这些产品主要来自于美国的cree公司.如果晶片的价格有所下降，将会更加促进sic技术的发展.另外，westinghouse公司在sig材料方面也取得了一些可喜的成果:他们成功地制备了半绝缘sic晶片，其室温下的电阻率大于10ωcm，并首次得到7. 82 cm的sfc晶片。
4h-s ic的载流子迁移率较8h-sic.的要高，这使其成为大多数sic器件的首选材料. 8h-sig本身固有的迁移率各向异性使之在平行于g轴方向导通率有所下降，导致纵向mosfet功率器件多选用4h-sic.为减小纵向mosfet功率器件中衬底寄生电阻，目前4h-sic 电阻率可达到0.0028dωcm.4h-sig的高迁移率掩盖了利用8h-sig 为衬底进行同质外延而生成3g-sig薄膜所带来的优点。
目前影响sig电子器件实现的首要因素之一就是控制生长高质量的sic外延薄膜.在sic电子器件的实现过程中，控制生长高质量的外延层是关键的一步、目前，化学气相淀积技术可满足制备重复性好的外延层及批t生产这两方面的需求.为了减少由于晶格失配、热膨胀系数不同所带来的缺陷等间题，生长时选用sic基片.
首先要抛光sic基片使其表面偏离(0001)基面3 度，这将使外延层中原子堆垛顺序与sic衬底内的原子堆垛顺序相同.同时，为得到n 型外延层，可在反应气体中加人氮气(n2);而p型则加入三甲基铝或三乙基铝.如果在今后的工作中能够很好地解决在大面权si 上异质外延生长低块陷的3gsic薄膜的问题。
那么3c-sic必将在以后的sig器件和集成电路中发挥越来越重要的作用。
随着从sic器件向着sic集成电路的发展，sic外延层的均匀性和外延层表面形态的好坏也越来越重要.目前，商业上sic外延层厚度的容差为士25%，而研究人员报道了修杂均匀性为士20%厚度均匀性容差为士7%的大于5. 08 cm的sic基片.对于所有的sic同质外延层，目前均为观察到具有十分理想的表面形貌、据预侧，借助于精密的cvd反应装置、日益成熟的反应条件，在不远的将来这些问题都会迎刃而解、
三、分立器件
近几年来，在一些文献中相继报道了许多sic器件模型，其中的一些已经进人商品市场.蓝色发光二极管是首次进人商业领域的sic器件，而小信号二极管、结型场效应晶体管(工作温度大于350℃)以及紫外光敏管也正逐步商品化。
到目前为止，对于像金属化、离子注人、表面钝化、氧化及刻蚀等这些基本的器件工艺技术只进行了有限的研究工作(因此sic器件均未采用优化的器件设计和工艺流程).
尽管缺乏优化的器件制造工艺。
从不同的s〔器件样品中还是得
到了许多令人鼓舞的结果.实验中，x波段sic mosfet虽然存在很强的衬底低寄生电阻率现象，但其输出功率密度在1 ghz时仍优于gaas mosfet的理论最大值.首次制备在高阻6h-s(衬底上的微波mosfet测量得到fmax为25 ghz，在1o ghz时频率增益为8. 5 db.近来kimoto等在高压(500---1 000 v) 4h-sic肖特基整流管的研究中已得到比si肖特基整流管的接触电阻的理论最小值小1 00。
多倍的接触电阻.目前，工作沮度超过300℃的sic pn结二极
管,mosfet,jfet,bjt以及可控硅等器件已经研制成功(如图1所示).当这些未进标封装的器件在大气中600℃下工作时，其合金部位所发生的化学变化使它的工作寿命仅为几个小时;但在无氧环境下，器件的寿命则很长.显然，研究河靠的内部连接、钝化以及封装技术对于sic器件能否在恶劣条件下工作极为重要。
除了微管缺陷外，sic基片外延层中的位错密度侧得为10
000/cm2这些缺陷不像微管缺陷那祥对器件的功能有很大的损害、但它们的存在将影响器件的漏电流、场击穿、载流子寿命和其他的物理效应.观察用leiy生成的sic晶片(不适合大批量生产)，会发现有大于1 mm2的无缺陷面积存在、这表明这些缺陷是可以避免的.。