科技前沿

碳化硅MOSFET的界面缺陷研究有望加速开发更节能的晶体管

  

      SiC器件能在高压、高温、高频的条件下工作,化学稳定性强,能量效率高。它是目前发展最成熟的宽禁带半导体材料。世界各国对SiC的研究都非常重视,国际电子业巨头也都纷纷投入巨资发展碳化硅半导体器件。近日,德国埃尔朗根-纽伦堡大学(FAU)的研究人员开发出一种简单精确的方法,它可用于发现最新一代碳化硅晶体管中的缺陷。未来,这种方法将有利于加速开发更节能的晶体管。他们将这项成果发表在知名期刊《通信物理(Communications Physics)》上。

  由碳化硅制成的MOSFET工作基于SiC以及在它上面沉积与生长的氧化硅薄层之间的界面。界面可用于囚禁载流子并减小器件中的电流。可是,这个界面却让研究人员面临重大挑战:在制造期间,不受欢迎的“缺陷”会在界面上生成。因此,如果我们想要完全发掘这种材料的潜力,研究这些缺陷就显得极为重要。传统的测量技术,通常考虑的是硅MOSFET器件,所以会忽略这些缺陷的存在。虽然还有一些其他的测量技术,但它们更复杂、更耗时,要么不适合大规模使用,要么根本不适合成品元件。正是由于这个原因,FAU 应用物理系的研究人员们才决定集中精力寻找新型的改进方案来研究界面缺陷。他们取得了成功。他们注意到,界面缺陷总是遵循相同的模式。

  博士生Martin Hauck表示:“我们将这种模式转化为一个数学公式。这个公式为我们提供了一种在计算中考虑界面缺陷的更聪明的方法。这不仅为我们带来更精准的特殊器件参数值,例如电子迁移率或者阈值电压,而且也让我们能判定界面缺陷的分布与浓度。”研究人员们的工业合作伙伴英飞凌科技奥地利公司及其附属公司为实验专门设计了晶体管。采用这种晶体管进行的实验,证明了这种极其简单的方法高度精准。仔细观察场效应晶体管的内核,将改善并缩短创新周期。采用这种方法,这种致力于减少缺陷的工艺,被评估为“准确、快速、简便”的。它也将有利于加速开发更加节能的电子器件。