淺析高溫Ti4H—SiC肖特基勢壘二極管的特性

【摘要】SiC是新一代高溫、高頻、大功率和抗輻照半導體器件和集成電路的半導體材料，具有高擊穿電場、高飽和電子漂移速率、高熱導率及抗輻照能力強等一系列優點肖特基勢壘二極管是實現各種SiC器件的基礎，因此對SiC肖特基勢壘二極管高溫特性的研究具有十分重要的理論和實際意義。

【關鍵詞】碳化硅；肖特基勢壘二極管；伏安特性；熱電子發射理論

第三代寬帶隙半導體材料SiC特別適合制作高壓、高溫、高功率、耐輻照等半導體器件，使得其在航空航天綜合工程、核動力工程、礦物開采與加工、化學工業、汽車制造業等領域有著廣泛的應用前景。近年來，SiC器件在高溫特性研究和應用方面都取得了很大的進展。目前，對高于550K的肖特基二極管的特性未見報道，而550K的溫度遠遠不能滿足目前對極端電子器件的要求，也沒有發揮SiC的優勢[1～3]，需要我們進行進一步的研究探索。

1.肖特基二極管的器件結構

主要工藝流程是：

（1）制備樣片，超聲清洗晶片，之后用1號、2號洗液清洗，再用高純冷熱去離子水沖洗。

（2）有源區厚氧化，光刻，離子注入三價金屬（Al，B）形成p型摻雜區，1650℃真空退火。

（3）襯底在高真空中電子束蒸發厚度為1.2Lm的Ti、Ni、Ag合金，在氬氣保護下950℃退火，形成歐姆接觸。

（4）有源區光刻，外延層在高真空電子束蒸發厚度為1Lm的Ni（Ti），在氬氣保護下650℃退火，形成肖特基接觸，在Ni（Ti）上蒸Au作為加厚及防氧化保護層。

（5）反刻Ni（Ti）、Au，劃片，燒結，壓焊，封裝和測試。

2.實驗結果與分析

2.1 實驗

2.2 實驗結果

SiC材料具有很寬的禁帶寬度（4H-SiC的禁帶寬度Eg=3.26eV），決定了其器件具有良好的溫度特性，能夠在很寬的溫度區間范圍正常工作。由于封裝技術限制，我們對SDT06S60器件做了寬溫區（-100～500℃）的溫度特性研究，對實驗室研制的Ti肖特基勢壘二極管和Ni肖特基勢壘二極管做了從室溫（20℃）到320℃溫度范圍的溫度特性研究。采用改進型恒流源電路，在肖特基勢壘二極管上加恒定的正向電流，同時采用直流穩壓源作為電源，保證電流和外加電壓的恒定，對SDT06S60器件，我們設定工作電流為8mA，在低溫條件下（-100～+20℃），采用Keithley 182儀器記錄了肖特基勢壘二極管正向壓降隨溫度變化的關系；在可控高溫爐中測量了器件在高溫時正向壓降隨溫度變化的關系。

對于Ti肖特基勢壘二極管和Ni肖特基勢壘二極管，選電流為0.5mA，在可控高溫爐中測量了器件在高溫時正向壓降隨溫度變化的關系。本研究沒有涉及這一問題，目前還沒有見到對此進行深入研究的報道。

3.結論

通過對測試結果分析，發現熱電子發射是正向電流密度的主要輸運機理。和室溫條件相比，反向電流密度僅僅取決于隧道電流，熱電子發射電流和耗盡層中復合中心產生電流都隨溫度的升高而大大增加，必須加以考慮。

肖特基勢壘二極管的理想因子、串聯電阻、肖特基勢壘高度均與溫度相關。對于本文采用的Ti/4H—SiC樣品，在溫度為395K和528K時，理想因子分別為1.35和1.39，串聯電阻Ron分別為2.7mΩ·cm2和8.9mΩ·cm2肖特基勢壘高度分別約為0.86eV和1.03eV，開啟電壓基本保持不變，為0.5V左右。

參考文獻

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