改善4H-SiC MOS电容器的物理和电气特性,使用通过等离子增强原子层沉积制造的AlON薄膜
Zhaopeng Bai1,2, Chengxi Ding1,2, Yunduo Guo1,2
1Institute of Wide Bandgap Semiconductors and Future Lighting, College of Intelligent Robotics and Advanced Manufacturing, Fudan University, Shanghai 200433, China.
Materials (Basel, Switzerland)
|October 16, 2025
概括
使用等离子增强原子层沉积 (PEALD) 制造的氧化 (AlON) 薄膜显著增强了4H-碳化 (SiC) MOS电容. 这项研究表明,高压SiC设备的物理和电气性能得到了改进.
科学领域:
- 材料科学与工程 材料科学与工程
- 半导体设备物理 半导体设备物理
- 薄膜技术 薄膜技术
背景情况:
- 4H-碳化 (SiC) 是高压,高功率电子设备的关键材料.
- 金属氧化物半导体 (MOS) 电容器是SiC电源设备中的基本组件.
- 改善接口特性和介电层对于提高SiC设备性能至关重要.
研究的目的:
- 通过使用等离子增强原子层沉积 (PEALD) 在4H-SiC上制造氧化 (AlON) 薄膜的研究.
- 评估AlON薄膜和AlON/SiC接口的物理和电气特性.
- 评估AlON作为先进SiC MOS电容器的介电材料的潜力.
主要方法:
- 通过PEALD将AlON薄膜沉积在4H-SiC基板上,使用高比例的NH和O.
- 物理表征包括测量薄膜厚度均性,折射率和表面粗度.
- 使用X射线光电谱 (XPS) 深度分析进行了接口分析,并补充了MOS电容器的电特性.
主要成果:
- PEALD生产了具有优异厚度均性 (0.14%的误差),高折射率 (1.90) 和低表面粗性 (0.912纳米) 的AlON薄膜.
- 在XPS分析中,发现了一个光滑的AlON/SiC接口与强大的Al-O-Si粘合.
- SiC/AlON MOS电容器表现出I型频段对齐,低接口状态密度 (Dit = 7.6 × 1011 cm-2·eV-1),以及高分解场强度 (10.4 MV/cm).
结论:
- 由PEALD制造的AlON薄膜为SiC MOS电容器提供了卓越的物理和电气性能.
- 优化的AlON/SiC接口促进了高效的电荷载体运输,并提高了设备的可靠性.
- 作为下一代高压SiC电源设备的高性能介电材料,AlON显示出巨大的潜力.
