碳化矽的載流子

2021-02-15 寬禁帶半導體技術創新聯盟

碳化矽中載流子的濃度會影響電學性能。

載流子有兩種電子和空穴,而來源方式又有不同,有本來就有的(本徵)和外界帶來的(非本徵,摻雜、缺陷、加熱、加電場等)。在這些外界作用下,載流子也會有不同的表現。

矽的本徵載流子濃度與溫度的關係為:

碳化矽的本徵載流子濃度與溫度的關係為:

本徵就是材料本身的特性,總的如圖所示:

而摻雜後的遷移率的情況如圖:

而電場作用下,電子漂移速率如圖:

測量載流子濃度的方法有很多,包括二次離子質譜(SIMS)、汞探針(C-V)法、四探針法、霍爾效應法等。

二次離子質譜(SIMS)測量極限可達ppm級別,並且能夠檢測含氫在內的元素及其同位素。

四探針法、霍爾效應法測量材料的平均載流子濃度,要求樣品的厚度、形狀、探針壓力、電流、無縫歐姆接觸。

汞探針C-V測試法是較為常用的,可以測試載流子濃度、摻雜濃度、電阻率等。

原理是形成肖特基勢壘——金屬與半導體接觸,這裡是液態金屬汞與碳化矽接觸。而肖特基勢壘,在電壓的作用下,電容會發生變化:

真空介電常數ε0=8.85×10^-12F/m;

ε為材料的相對介電常數,對於4H-SiC=9.7,對於Si=11.75;

S為接觸面積;

x為耗盡層厚度;

所以,要求就是要能夠測出電容。

聯立電容電壓公式C=S·dQ/dV,載流子濃度n公式dQ=n·S·dx·e:

電子電荷e=1.60×10^-19C。

舉個例子,使用直徑859um的探針測試,也就是S=π·(d/2)^2=5.8×10^-7m2。

測試C-V圖形如左圖:

可算出n=3.03×10^15cm3(可能有誤)。

參考文獻

帶偏角4H_SiC同質外延生長和拉曼散射研究_柴涇睿

臺階場板結構4H-SiC高壓肖特基二極體的研究 楊超 西安電子科技大學 碩士論文

來源:Rad聊碳化矽

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