MoC合金4H-SiC肖特基二極管研究概述目錄TOC\o"1-3"\h\u5846MoC合金4H-SiC肖特基二極管研究概述 1147941.1不同退火溫度下的I-V特性 1118441.2不同退火溫度下的C-V特性 4176711.3肖特基二極管的表征分析 6162851.4二極管的擊穿特性研究 71.1不同退火溫度下的I-V特性將樣品分別置于600、700、800、900、1000℃下進(jìn)行1min的高溫退火，繪制出各退火溫度下的I-V特性曲線，探究退火處理對碳化硅肖特基二極管電學(xué)特性的影響。圖4-1Mo-C合金/4H-SiC肖特基接觸在不同退火溫度下電流電壓關(guān)系圖圖1.1為Mo-C合金/4H-SiCSBD在不同退火溫度下電流電壓關(guān)系圖。根據(jù)上圖所示，使Mo/C電極的肖特基二極管，即使經(jīng)過高溫退火也完全抑制了漏電流的增加。同樣，在整個退火溫度范圍內(nèi)沒有觀察到歐姆傳導(dǎo)。這表明Mo/C電極與SiC表面之間的界面是熱穩(wěn)定的。表4-1I-V法提取的Mo-C合金樣品在不同退火溫度下的勢壘高度和理想因子退火溫度（℃）斜率截距理想因子n勢壘高度?B60031.21-27.241.130.9670036.55-29.7671.061.0880035.0-36.381.101.2090037.41-31.731.031.16100036.15-43.431.071.34根據(jù)電流電壓關(guān)系，可以擬合出lnI-V曲線，并通過該曲線的線性區(qū)域的斜率和截距求出勢壘高度（?B）和理想因子（n）這連個參數(shù)取值。針對Mo-C合金/4H-SiCSBD體系而言，不同退火溫度下得到的兩個參數(shù)在數(shù)值上的差異，就可以體現(xiàn)在隨著溫度的升高，理想因子幾乎不發(fā)生變化，此時理想因子的數(shù)值接近于1，這表明金半接觸界面均勻。同時，雖則溫度升高，勢壘高度逐漸增加。將上表所記錄的兩種參數(shù)的數(shù)據(jù)擬合到曲線中，如下圖所示。圖4-2不同退火溫度下SiCSBD的勢壘高度和理想因子針對每個不同的退火溫度，分別在25、80、100、120、140℃的溫度下進(jìn)行測試。測試結(jié)束后，繪制出在各退火溫度不同測試溫度下的I-V特性曲線，從而進(jìn)一步探究退火處理對碳化硅肖特基二極管電學(xué)特性的影響。表4-2選取800℃、900℃和1000℃的溫度下退火，針對不同的測試溫度所測得的勢壘高度和理想因子。表4-2I-V法提取的Mo-C合金樣品在不同測試溫度下的勢壘高度和理想因子測試溫度（℃）800℃退火900℃退火1000℃退火SBHnSBHnSBHn251.201.101.161.031.341.07801.181.131.131.051.311.081001.171.121.151.041.321.061201.191.101.141.061.341.091401.161.121.151.051.351.08將表中記錄的Mo-C合金/4H-SiC肖特基接觸在不同退火溫度不同測試溫度下的勢壘高度和理想因子擬合到曲線中，如下圖所示。圖4-3不同退火溫度不同測試溫度下Mo-C合金/4H-SiC肖特基接觸的?B和n由于金屬與半導(dǎo)體接觸時，在接觸界面處，勢壘的均勻程度可能不一樣，進(jìn)而對器件的電學(xué)性質(zhì)造成影響，從而降低了樣品的可重復(fù)性，也阻礙了界面處的傳輸。目前，有兩種評估肖特基接觸勢壘均勻性較為主流的方法，即Tung模型REF_Ref20325\r\h[33]和Werner模型。本文將結(jié)合Tung模型REF_Ref6501\r\h[34]來對肖特基接觸勢壘均勻性進(jìn)行研究。肖特基接觸存在較高的勢壘區(qū)域，也存在著某些個別勢壘較低的區(qū)域。Tung模型將均勻的高勢壘區(qū)域視作肖特基接觸表面，而勢壘較低的區(qū)域被視為“鞍點”。當(dāng)外加偏壓不同時，流經(jīng)接觸面的電流方式也不同。當(dāng)外加低電壓時，表面均勻勢壘區(qū)截止，低勢壘區(qū)導(dǎo)通，當(dāng)電壓增大，高勢壘區(qū)逐漸開啟，這兩部分電流相加即為為測試所得的總電流。理想因子n之所以不為1正是這個原因造成的。通常情況下，對于金屬M(fèi)o和4H-SiC的接觸體系而言，在不同的測試溫度下，勢壘高度會有所不同，就一般情況來講，該參數(shù)的數(shù)值會隨著測試溫度的升高而逐漸增大。但是根據(jù)圖1.3我們可以觀察到，對于Mo-C合金與4H-SiC進(jìn)行接觸所制備的二極管而言，經(jīng)過高溫退火后，在不同的測試溫度下肖特基勢壘的高度值變化不大，這說明高溫下退火，肖特基勢壘的均勻性較好，且當(dāng)退火溫度達(dá)到1000℃時，樣品的勢壘高度（?B）可以達(dá)到1.33eV左右。除此之外，我們也可以觀察到，理想因子（n）幾乎不隨測試溫度的變化而變化，且理想因子（n）接近理想值1。結(jié)合Mo-C合金/4H-SiC體系在不同測試溫度下擬合出來的I-V曲線，可以看到所制備的器件在高溫下進(jìn)行退火后，反向漏電流可達(dá)到10-8圖4-4Richardson圖上圖為根據(jù)實驗繪制出的Richardson圖，我們可以通過截距計算出該結(jié)構(gòu)的實際理查森常數(shù)值為A?=81.98A?cm1.2不同退火溫度下的C-V特性圖1.5中，（a）圖為不同退火溫度下得到的電容電壓（C-V）關(guān)系圖，為了便于分析，我們也同時繪制出了1/C圖4-5不同退火溫度下的C-V特性（a）C-V曲線；（b）1/C2-V曲線根據(jù)已繪制的C-V曲線，我們可以提取出二極管在不同溫度下退火后肖特基勢壘的高度，同時可以計算出摻雜濃度。具體數(shù)據(jù)如下表所示。表4-3C-V曲線提取的在不同退火溫度下的肖特基二極管的特性退火溫度（℃）截距V摻雜濃度N勢壘高度?BI-VC-V6001.359.44×10140.961.637001.039.44×10141.081.318001.161.26×10151.201.439001.139.44×10141.161.4110001.349.44×10141.341.62表4-3中我們得到了通過C-V曲線提取出的勢壘高度，其中還對I-V和C-V兩種測量方式得出的勢壘高度?B1.3肖特基二極管的表征分析圖4-6SEM觀察不同溫度退火下的表面狀態(tài)上圖是針對不同的退火溫度，樣品經(jīng)過SEM測試的結(jié)果圖。通過對600-1000℃不同退火溫度下金半接觸表面樣貌進(jìn)行對比，可以發(fā)現(xiàn)，隨著退火溫度的升高，金半接觸的表面變得越來越粗糙。原因可能是Mo和C發(fā)生反應(yīng)形成了MoC等化合物，從而導(dǎo)致表面變得粗糙。圖4-7TEM觀察900℃退火溫度下Mo-C合金與SiC接觸界面上圖是在900℃的退火溫度下所觀察到的Mo-C合金與碳化硅界面的TEM圖像，通過這個TEM圖像我們可以看出，接觸界面之間只有極少量的擴(kuò)散，但是形成的肖特基界面依然很均勻，這說明在退火的過程中，Mo-C合金發(fā)生了少量反應(yīng)后生成的物質(zhì)阻礙了Mo與C發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng)，從而使肖特基接觸界面的均勻性得到了進(jìn)一步的提升。圖4-8900℃退火溫度下的Mo-C電極的EDX圖像上圖是在900℃的退火溫度下觀察的Mo-C電極的EDX圖像，在圖像中我們可以清晰地看到Mo元素的分布和Si元素的分布完全獨(dú)立，二者并沒有相互擴(kuò)散到對面，這完全可以說明Mo與Si完全沒有發(fā)生反應(yīng)，而上文中我們提到過如果用金屬M(fèi)o做肖特基金屬，非常容易與SiC中的Si發(fā)生反應(yīng)，因此，這更加可以證明用Mo-C合金作為肖特基金屬可以使接觸界面的均勻性得到很好地改善，從而使肖特基二極管具有更好的電學(xué)特性。1.4二極管的擊穿特性研究本文采用場板結(jié)構(gòu)來達(dá)到增大擊穿電壓的目的，同時探討器件的