應(yīng)用分享｜少子壽命測(cè)試儀(MDP)針對(duì)碳化硅器件性能優(yōu)化的關(guān)鍵作用

更新時(shí)間：2024-10-30

點(diǎn)擊次數(shù)：2774

應(yīng)用背景

在微電子半導(dǎo)體行業(yè)日新月異的現(xiàn)狀，材料質(zhì)量的提升與器件性能的優(yōu)化成為推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵因素。碳化硅（SiC）作為一種新興的高性能半導(dǎo)體材料，以其優(yōu)異的導(dǎo)熱性、高擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度及耐高溫特性，在電力電子、新能源汽車、航天航空等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，碳化硅器件的性能優(yōu)化并非易事，其涉及到材料質(zhì)量、加工工藝、器件設(shè)計(jì)等多個(gè)層面的精細(xì)控制。在這個(gè)過(guò)程中，少數(shù)載流子壽命（少子壽命）作為評(píng)價(jià)半導(dǎo)體材料質(zhì)量的重要參數(shù)之一，其精確測(cè)量與深度分析顯得尤為重要。

儀器介紹

德國(guó)弗萊貝格儀器有限公司（Freiberg Instruments），作為一家快速、無(wú)損電氣表征工具供應(yīng)商，始終致力于技術(shù)創(chuàng)新與品質(zhì)優(yōu)異。其MDP（微波檢測(cè)光電導(dǎo)性）少子壽命測(cè)試儀，作為行業(yè)內(nèi)前端的分析設(shè)備，以其非接觸、無(wú)損、高靈敏度的特性，在碳化硅器件性能優(yōu)化中發(fā)揮著不可替代的關(guān)鍵作用。本文旨在探討MDP少子壽命測(cè)試儀在碳化硅器件性能優(yōu)化中的重要作用，德國(guó)弗萊貝格儀器公司共同推動(dòng)半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。

應(yīng)用分享

碳化硅器件性能優(yōu)化：結(jié)合少子壽命檢測(cè)結(jié)果，可以指導(dǎo)SiC器件的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程，優(yōu)化器件性能，提高成品率和可靠性。

在超高壓工作條件下前景廣闊的雙極型SiC器件中，載流子壽命是影響器件性能的一個(gè)重要參數(shù)。表面復(fù)合是載流子壽命的限制因素之一，器件的設(shè)計(jì)和制造工藝的開(kāi)發(fā)需要表面復(fù)合速度的定量值。

然而，在雙極SiC器件的開(kāi)發(fā)中，有幾個(gè)困難需要克服，例如抑制退化和改進(jìn)pn結(jié)的制造技術(shù)。其中一個(gè)重要的困難是控制載流子壽命。載流子壽命直接影響電導(dǎo)率調(diào)制行為；因此，器件的導(dǎo)通電阻和開(kāi)關(guān)損耗取決于載流子壽命。

通過(guò)少子壽命值，確定了4H-SiC的Si面和C面的表面復(fù)合速度(S)及其溫度依賴性，研究者相信對(duì)表面復(fù)合速度定量值的全方面調(diào)查和討論將支持未來(lái)雙極SiC器件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的改進(jìn)³。

隨著SiC型IGBT的耐壓越來(lái)越高，要求少子壽命足夠高，以進(jìn)行有效的電導(dǎo)調(diào)制，從而降低器件的正向?qū)▔航岛蛯?dǎo)通電阻，但是同時(shí)也追求更高的開(kāi)關(guān)速度，即希望反向恢復(fù)時(shí)間越短越好，這又要求少子壽命足夠低。如何在低的正向?qū)▔航岛偷偷拈_(kāi)關(guān)損耗之間進(jìn)行折衷，是IGBT設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

通過(guò)選擇合適的緩沖層厚度，通過(guò)局部控制器件漂移區(qū)和緩沖層的壽命，進(jìn)行4H-SiC型n-IGBT功耗的優(yōu)化。

4H-SiC n-IGBT正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗的權(quán)衡曲線

在權(quán)衡曲線圖中，位于左上角的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壽命參數(shù)雖然正向?qū)▔航岛艿停怯陉P(guān)斷損耗過(guò)大，不符合優(yōu)化的條件；而位于右下角的點(diǎn)正向?qū)▔航岛芨?，即使損耗很低，也不是選擇的合理參數(shù)。因此結(jié)果選擇的壽命參數(shù)為：漂移區(qū)少子壽命為8μs，緩沖層少子壽命為0.08~0.1μs,作為器件選擇的合理參數(shù)。

未完待續(xù)～

參考文獻(xiàn)：

[1] Murata, K. , et al. "Carrier lifetime control by intentional boron doping in aluminum doped p-type 4H-SiC epilayers." Journal of Applied Physics 129.2(2021):025702-.

[2] Tawara, Takeshi, et al. "Evaluation of Free Carrier Lifetime and Deep Levels of the Thick 4H-SiC Epilayers." Materials Science Forum (2004).

[3] Kato, Masashi, et al. "Surface recombination velocities for 4H-SiC: Temperature dependence and difference in conductivity type at several crystal faces." Journal of Applied Physics 127.19(2020):195702.

[4] Hahn, S. , et al. "Contact-less Electrical Defect Characterization of Semi-insulating 6H-SiC Bulk Material." International conference on silicon carbide and related materials; ICSCRM 2007 2009.

[5] Berger, Bastian , et al. "Contactless electrical defect characterization in semiconductors by microwave detected photo induced current transient spectroscopy (MD‐PICTS) and microwave detected photoconductivity (MDP)." Physica Status Solidi 208.4(2011):769-776.

[6] Hemmingsson, C. G, N. T. Son , and Janzén, E. "Observation of negative-U centers in 6H silicon carbide." Applied Physics Letters 74.6(1999):839-841.

[7] Suttrop, W., G. Pensl , and P. Lanig . "Boron-related deep centers in 6H-SiC." Applied Physics A 51.3(1990):231-237.