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碳化硅電力電子器件發(fā)展中的難題分析

文章出處:原創(chuàng)網(wǎng)責(zé)任編輯:胡尊芳作者:王彤人氣:-發(fā)表時間:2017-05-18 16:25:00

1.碳化硅晶片的微管缺陷密度。微管是一種肉眼都可以看得見的宏觀缺陷,在碳化硅晶體生長技術(shù)發(fā)展到能徹底消除微管缺陷之前,大功率電力電子器件就難以用碳化硅來制造。盡管優(yōu)質(zhì)晶片的微管密度已達(dá)到不超過15cm-2 的水平。但器件制造要求直徑超過100mm的碳化硅晶體,微管密度低于0.5cm-2 。

2.外延工藝效率低。碳化硅的氣相同質(zhì)外延一般要在1500℃以上的高溫下進(jìn)行。由于有升華的問題,溫度不能太高,一般不能超過1800℃,因而生長速率較低。液相外延溫度較低、速率較高,但產(chǎn)量較低。
3.摻雜工藝有特殊要求。如用擴(kuò)散方法進(jìn)行慘雜,碳化硅擴(kuò)散溫度遠(yuǎn)高于硅,此時掩蔽用的SiO2層已失去了掩蔽作用,而且碳化硅本身在這樣的高溫下也不穩(wěn)定,因此不宜采用擴(kuò)散法摻雜,而要用離子注入摻雜。如果p型離子注入的雜質(zhì)使用鋁。由于鋁原子比碳原子大得多,注入對晶格的損傷和雜質(zhì)處于未激活狀態(tài)的情況都比較嚴(yán)重,往往要在相當(dāng)高的襯底溫度下進(jìn)行,并在更高的溫度下退火。這樣就帶來了晶片表面碳化硅分解、硅原子升華的問題。目前,p型離子注入的問題還比較多,從雜質(zhì)選擇到退火溫度的一系列工藝參數(shù)都還需要優(yōu)化。
4.歐姆接觸的制作。歐姆接觸是器件電極引出十分重要的一項(xiàng)工藝。在碳化硅晶片上制造金屬電極,要求接觸電阻低于10- 5Ωcm2,電極材料用Ni和Al可以達(dá)到,但在100℃ 以上時熱穩(wěn)定性較差。采用Al/Ni/W/Au復(fù)合電極可以把熱穩(wěn)定性提高到600℃、100h ,不過其接觸比電阻高達(dá)10- 3Ωcm2 。所以要形成好的碳化硅的歐姆接觸比較難。
5.配套材料的耐溫。碳化硅芯片可在600℃溫度下工作,但與其配套的材料就不見得能耐此高溫。例如,電極材料、焊料、外殼、絕緣材料等都限制了工作溫度的提高。
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