寬禁帶半導(dǎo)體碳化硅IGBT器件研究進(jìn)展與前瞻*

張峰，張國良

（廈門大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廈門 361005）

1 引言

功率半導(dǎo)體技術(shù)作為微電子器件領(lǐng)域的重要分支，在綠色能源、航天、交通運(yùn)輸和電力傳輸?shù)确矫嬗兄鴱V泛的應(yīng)用，并對人們的生產(chǎn)生活方式產(chǎn)生了十分深刻的影響。目前，功率半導(dǎo)體技術(shù)水平的高低已成為一個國家科技發(fā)展水平和綜合實(shí)力的重要體現(xiàn)，因此當(dāng)今世界各國特別是發(fā)達(dá)國家都把該技術(shù)作為科技發(fā)展的重中之重。半導(dǎo)體器件自身性能與其所使用的材料密切相關(guān)。在半導(dǎo)體材料的發(fā)展歷程中，人們習(xí)慣于把硅（Si）、鍺（Ge）等材料稱為傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料，將砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）等稱為窄禁帶半導(dǎo)體材料，將碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）和氮化鋁（AlN）等稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料[1-4]。與傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料Si和窄禁帶半導(dǎo)體材料GaAs相比，SiC材料具有帶隙寬（是Si的2.9倍）、臨界擊穿電場高（是Si的10倍）、熱導(dǎo)率高（是Si的3.3倍）、載流子飽和漂移速度高（是Si的1.9倍）以及化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性極佳等特點(diǎn)，是制造新一代高溫、大功率電力電子和光電子器件的理想材料。在具備相同擊穿電壓的情況下，SiC基功率器件的導(dǎo)通電阻只有Si器件的1/200，極大地降低了變換器的導(dǎo)通損耗，這使得SiC材料在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力[5]。另外，SiC器件的散熱效率高，能大幅降低器件外圍冷卻設(shè)施的體積和重量，因此，SiC功率器件也被稱為綠色能源革命中的核心器件。經(jīng)過三十多年的發(fā)展，SiC在材料生長與器件制備等方面都取得了長足的進(jìn)展，其商品化水平不斷提高?！?br>