SiC半导体不同晶面氧化机理及动力学的研究进展

赵春阳，王恩会，侯新梅

北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心，北京 100083

近年来，世界各国都要求提高电力设备的效率以降低能源消耗. 尽管硅(Si)作为功率半导体器件已获应用，但受限于其物理特性，Si对功率器件性能的提升已达到极限. 碳化硅(SiC)是一种宽带隙半导体，相对于Si来讲，在功率器件应用中具有更优异的综合物理性能，如三倍宽带隙、三倍高导热性和10倍击穿电场等[1]. 此外，与Si类似，SiC也可以通过热氧化在表面生长二氧化硅（SiO2），该产物作为绝缘层在器件制造技术中具有重要的作用. 基于此，SiC已逐步取代Si成为功率器件的优选材料[2].

得益于SiC材料的上述优点，研究者对SiC在金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中的应用进行了大量的探索[3−4]. MOSFET在结构上是以多晶硅−氧化物层（多为SiO2）−SiC或金刚石[5]为核心，这样的结构正好等同于一个电容器，中间的SiO2为电容器中介电质，而电容值由SiO2的厚度和介电系数决定. MOSFET广泛应用于模拟电路和数字电路中，作为栅极绝缘层的SiO2是通过SiC氧化形成的[6−9]. 在应用过程中SiC的通断电阻明显高于预期值且其通道迁移率非常低，这是由于不同SiC/SiO2界面处的氧化状态差异性造成的. 尤其对于非平面的MOSFET器件来说，SiC不同晶面取向上的氧化速率对其结构和性能有重要的影响[2]，因此了解SiC不同晶面取向上的氧化过程显得尤为重要.

动力学模型是认识和分析材料反应过程的有效工具. 但常规动力学模型都是从SiC整体来考虑氧化问题的……