应力诱导曲率对4H-SiC MOS平带电压和界面态密度的影响
碳化硅(SiC)上的栅氧化膜会严重影响SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的性能。本文作者通过电容 - 电压(C-V)测试研究了应力/应变引起的曲率对栅氧界面态密度(Dit)的影响尊龙人生就是博支AG发财网。外延晶片的曲率通过薄膜应力测量系统进行测试界面态。在干热氧化过程中尊龙人生就是博支AG发财网,压缩/拉伸曲率导致SiO2的正Vfb偏移(负固定电荷),SiO2 / SiC的界面态密度增加。另外,文章还发现样品的横光学(TO)声子波数与薄膜的曲率有关,这表明应力主要会影响SiO2 / SiC的界面尊龙人生就是博支AG发财网。根据实验结果,本文作者提出“无应力”氧化膜可能是SiC-MOSFET应用的最佳选择。
实验选择4英寸SiC全晶片进行尊龙人生就是博支AG发财网,其可以测量由应力引起的曲率。4° 偏角n型4H-SiC(0001)Si面衬底尊龙人生就是博支AG发财网尊龙人生就是博支AG发财网,其上生长为有效载流子密度(Nd-Na)8×10E15cm-3下氮掺杂的(12μm)外延层尊龙人生就是博支AG发财网,可用于制造MOS电容。通过薄膜应力测量系统FLX-2320-S测量样品的曲率半径(R)尊龙人生就是博支AG发财网。所选拉伸样品A和B的曲率分别为-0.0132和-0.0091(1/m)。在室温下将硼离子以固定能量(110keV)和不同剂量注入样品C和D的(000-1)C面(背面)尊龙人生就是博支AG发财网。在硼注入后尊龙人生就是博支AG发财网,我们发现样品C和D由初始阶段的拉伸状态变为压缩尊龙人生就是博支AG发财网。
图1显示了样品A的C-V特性。高频C-V特性曲线 kHz下测量尊龙人生就是博支AG发财网,其信号幅度小于30 mV;准静态C-V曲线 mV/s下测量尊龙人生就是博支AG发财网。根据(准静态电容 - 电压)QSCV和高频C-V曲线尊龙人生就是博支AG发财网,由泊松方程计算得到理想的C-V曲线所示尊龙人生就是博支AG发财网尊龙人生就是博支AG发财网尊龙人生就是博支AG发财网尊龙人生就是博支AG发财网尊龙人生就是博支AG发财网。
拉伸(样品A和B)和压缩(样品C和D)样品的平带电压(Vfb)在100kHz高频C-V特性曲线所示,对于拉伸样品(A和B)获得正的Vfb偏移电压尊龙人生就是博支AG发财网,表明在干氧化期间出现负的固定电荷。
q代表电荷,CQS,Cideal和Cox分别代表每个区域的准静态,理想和氧化下的电容。界面态密度(Dit)如图3所示。样品C在Ec-E = 0.2eV处的Dit值为3.01×10E12eV-1cm-2尊龙人生就是博支AG发财网尊龙人生就是博支AG发财网,约为样品A的三分之一。因此,通过离子注入可以降低拉伸应力自发辐射放大尊龙人生就是博支AG发财网,这对于减少上面讨论的Dit和Vfb是有效的相位谱估计尊龙人生就是博支AG发财网尊龙人生就是博支AG发财网。然而尊龙人生就是博支AG发财网,值得注意的是尊龙人生就是博支AG发财网,尽管C面离子注入之前的曲率质量是相似的尊龙人生就是博支AG发财网,但较大的压缩样品B的Dit是大于C的尊龙人生就是博支AG发财网。 因此纳米电子学,极端压缩应力是Dit增加的另一个原因尊龙人生就是博支AG发财网。
图4显示了拉伸/压缩应力与Dit之间的关系。该结果表明Dit随着拉伸应力的释放而减小并且随着压缩应力的增加而增加尊龙人生就是博支AG发财网。因此尊龙人生就是博支AG发财网尊龙人生就是博支AG发财网尊龙人生就是博支AG发财网,Dit的减小被认为是由拉伸/压缩应力的终止引起的。
为了探究机理,进行了用于应力表征的傅立叶变换红外(FTIR)光谱。我们采用了FTIR衰减全反射(ATR)尊龙人生就是博支AG发财网,它也可被用于研究SiC上热生长氧化物的微观结构,以分析SiO2的应力。ATR测量在单个反射系统上进行尊龙人生就是博支AG发财网尊龙人生就是博支AG发财网尊龙人生就是博支AG发财网,并且在Varian Excalibur 3100上采用入射角为45°的单晶ZnSe棱镜。如图5所示尊龙人生就是博支AG发财网,这些光谱中的主要表现为TO和LO的特征峰,对应于由组分SiO4四面体的不对称Si-O伸缩振动。
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