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金剛石半導體器件的研究進展

關鍵詞 金剛石 , 半導體|2021-08-10 09:48:45|來源 DT新材料
摘要 摘要:金剛石因其優異的物理化學特性,被視為下一代電力電子器件的終極材料,金剛石半導體器件的制備受到了科研工作者的廣泛關注?文章對金剛石基二極管?開關器件和邊緣終止效應等方面的研究成...

       摘 要:金剛石因其優異的物理化學特性,被視為下一代電力電子器件的終極材料,金剛石半導體器件(jian)(jian)的(de)(de)制備受到了(le)科(ke)研(yan)工作者的(de)(de)廣(guang)泛關注?文(wen)章對金(jin)剛石(shi)(shi)基(ji)(ji)二極管(guan)?開關器件(jian)(jian)和邊緣終(zhong)止(zhi)效(xiao)應(ying)(ying)等(deng)方面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)研(yan)究成(cheng)果(guo)進行了(le)概述(shu)?著(zhu)重闡(chan)述(shu)了(le)金(jin)剛石(shi)(shi)半導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)器件(jian)(jian)的(de)(de)電(dian)學特(te)性(xing),尤其(qi)是,在(zai)(zai) 500 ℃高溫條件(jian)(jian)下得到高正向電(dian)流密度,阻斷能力(li)大于10 kV,并(bing)展現(xian)出長程穩定性(xing)的(de)(de)肖特(te)基(ji)(ji)勢(shi)(shi)壘二極管(guan);在(zai)(zai)金(jin)屬半導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)場效(xiao)應(ying)(ying)晶(jing)體(ti)(ti)管(guan)與金(jin)屬氧化物半導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)場效(xiao)應(ying)(ying)晶(jing)體(ti)(ti)管(guan)上制得阻斷電(dian)壓(ya)超過(guo) 2 kV 的(de)(de)開關器件(jian)(jian)?同時,針對加工技(ji)術(shu)帶來的(de)(de)表面(mian)(mian)(mian)缺陷,詳細討論(lun)了(le)金(jin)剛石(shi)(shi)器件(jian)(jian)的(de)(de)表面(mian)(mian)(mian)終(zhong)止(zhi)技(ji)術(shu)和缺陷對器件(jian)(jian)性(xing)能的(de)(de)影響(xiang),并(bing)展望(wang)了(le)金(jin)剛石(shi)(shi)半導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)在(zai)(zai)肖特(te)基(ji)(ji)勢(shi)(shi)壘二極管(guan)及(ji)場效(xiao)應(ying)(ying)晶(jing)體(ti)(ti)管(guan)等(deng)領域的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)前景?

       關鍵詞(ci):金剛(gang)石(shi);半導體器件器件;肖特基二(er)極管;場效(xiao)應晶體管


       0、研究背景

       對于提供低功耗和高頻操作的下一代電力電子器件,金剛石是一種極有前景的材料?金剛石具有極低的本征載流子濃度,有望實現低泄漏電流與高溫操作?表1比較了Si?4H-SiC?GaN?Ga2O3和金剛石的性能?金剛石具有很高的載流子遷移率(電子和空穴遷移率分別為4500和3 800 cm2/Vs)[1]?超高(gao)的擊穿電(dian)場(chang)(>10 MV/cm)?低(di)介電(dian)常數(5.7)[2]和(he)很(hen)高(gao)的熱導率(lv)(2 200 W/mK)?因此,人(ren)們期(qi)望基(ji)于(yu)金(jin)剛石基(ji)的功率(lv)器件(jian)能夠顯著(zhu)地減少傳導損(sun)耗和(he)開關(guan)損(sun)耗?

       近十年來,金剛石生長技術得到了改進與提升,摻雜控制的 p 型?n 型金剛石和本征金剛石生長技術已經趨于成熟?因此,這些材料的電學特性不僅可以從理論上進行表征,而且可以用器件結構進行實驗研究?例如,用瞬態電流技術估算電子和空穴的載流子速度[3],用飛行時間和霍爾效應測量獲得載流子遷移率[4]?通過對平面肖特基勢壘二極管(Schottky barrier diodes,SBD)摻雜剖面和擊穿電壓的分析,得到了9.5 MV/cm的最大擊穿場強[5]?近年來報道了許多金剛石SBD的性能,如 Vmax>10 kV 的擊穿電壓[6-7]?大(da)于 20 A 的大(da)電流(liu)操作(zuo)[8]等?在本文中(zhong),回(hui)顧了金(jin)剛石(shi)半導(dao)體器件的近期進(jin)展?

       1、金(jin)剛石器件

       1.1 二極管

       單極(ji)和雙(shuang)極(ji)二極(ji)管,如 p 型-本征-n 型二極(ji)管(p-type-intrinsic-n-typediode,PiND)?SBD?金屬本征 p 型二極(ji)管(metal-intrinsic-p type diode,MiPD)和肖特基pn二極(ji)管(Schottky pn diode,SPND)等具有代表(biao)(biao)性的器件性能參數(shu)已通過實驗測量如表(biao)(biao)2所示,金剛石二極(ji)管橫截面結構如圖1所示?

       1.1.1 PiND 雙極 PiND 橫截面結構如圖 1(a)所示,Hathwar等[9]通過無臺式結構的PiND獲得了最高大于11.5 kV的最大擊穿電壓Vmax?當使用(yong)臺(tai)式結構時,由(you)(you)于(yu)(yu)泄漏電(dian)流(liu)(liu)增加(jia),導致擊穿(chuan)電(dian)壓(ya)降(jiang)低?泄漏電(dian)流(liu)(liu)的增加(jia)被認為(wei)是由(you)(you)于(yu)(yu)臺(tai)面刻蝕過程中形成的缺陷所致?雙極(ji)金剛(gang)石器(qi)件由(you)(you)于(yu)(yu)載(zai)流(liu)(liu)子壽命短導致正向電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度(du)較低?

       1.1.2 pVSBD 因為可以利用較高的晶體質量和低成本的半導體襯底,偽垂直肖特基二極管(pseudovertical SBD,pVSBD)結構非常適合金剛石二極管的制備[10-11]?如圖1(b)所示,具體制備流程是:首先在半導體襯底上生長出厚度為 1~3 μm 的重摻硼p+型層,然后沉積輕摻硼的p-漂移層?p-漂移層經選擇性刻蝕后,在 p+層上直接形成歐姆接觸?在這種結構中,耗盡層垂直延伸到漂移層,然而,正向電流在p+層中橫向流動?p+層中載流子的平均自由程隨接觸的面積增大而增大,相應地,p+的(de)電阻不隨(sui)接觸(chu)面積的(de)增加而降低?由(you)于這種影響,pVSBD 目前傳輸(shu)電流的(de)能(neng)力被限(xian)制在 5 A以(yi)下[12]?

       pVSBD 金剛石的肖特基勢壘高度(Schottkybarrier height,SBH)具有很大的可控性,是其重要的優點之一?Craciun等[13]報道了氧終端的p型金剛石的SBH為1.2~3.4 eV,這與Si和SiC的禁帶范圍相當?特別是臭氧處理后的表面表現出較高的SBH和大于2.5 MV/cm的電場強度[14-15],從而無需邊緣終止技術?利用這種處理方法,ZrSBD器件實現了在6 V下的高反向阻斷電壓>1 kV和高電流密度>1 kA/cm2[16]?由于測試設備的測量限制,未發現該裝置的擊穿行為?但從 p-層摻雜濃度計算,最大(da)擊穿場(chang)估計大(da)于7.7 MV/cm?

       Fiori 等[17]對肖特基界(jie)面(mian)也(ye)進行了一些研究(jiu)?在(zai)正向偏壓條件(jian)下(xia),金屬與氧(yang)端金剛石之間的載流子輸運(yun)可以用熱離子發(fa)射模型(xing)來(lai)解釋?然而,SBH與電(dian)負性(xing)差之間也(ye)存在(zai)反(fan)(fan)比關(guan)系[18-19]?Muret等[20]報告了勢壘的不(bu)均勻性(xing)對正向和反(fan)(fan)向特性(xing)都(dou)有(you)影響并表明界(jie)面(mian)缺陷(xian)或界(jie)面(mian)電(dian)荷的存在(zai)取(qu)決于(yu)氧(yang)化方(fang)法?

圖2 金剛石VSBD的(de)電(dian)學特性:(a)在(zai)室溫25 ℃和300 ℃時的(de)典型(xing)電(dian)流-電(dian)壓特性,(b)50 ℃和250 ℃下的(de)關斷(duan)特性,(c)在(zai)400 ℃退火的(de)電(dian)流電(dian)壓特性

       圖2(a)為有50 μm大小肖特基接觸的pVSBD的典型正向和反向電流電壓特性?用 Mo 作為肖特基金屬,SBH為2.2 eV?在肖特基接觸電壓為-7 V時,室溫(RT)正向電流密度為1 800 A/cm2,在250 ℃時為 4 500 A/cm2?盡管未使用邊緣終止結構,其反向電場強度依然大于3.5 MV/cm?雖然未觀測到這些裝置的雪崩擊穿,但是由于泄漏電流的增加,截止電壓受到了限制?在此襯底上,75%的器件的擊穿場強 Emax大于 3 MV/cm?在考慮阻隔效(xiao)應(ying)的(de)情況下,金剛石 SBD 的(de)漏電(dian)流(liu)可(ke)以用熱電(dian)子場發射來解釋(shi),該模型與實測的(de)泄漏電(dian)流(liu)吻合良好,即使在高(gao)溫下也(ye)是如此[21]?

       1.1.3 VSBD VSBD 結構如圖(tu) 1(c)所(suo)示,圖(tu) 2(b)顯(xian)示了雙(shuang)脈(mo)沖法測(ce)量的(de)VSBD的(de)典型關斷特性(xing)[22]?VSBD安裝在為高溫高功率器件設計的(de)金屬(shu)/陶瓷封裝上,如圖(tu) 2(b)所(suo)示,可以(yi)看出(chu)關斷時間(turnoff time,trr)與溫度和正(zheng)向電(dian)流密度無關?由于(yu)金剛石的(de)介(jie)電(dian)常數較低(di),所(suo)以(yi)耗(hao)盡層電(dian)荷(he)的(de)反向恢復電(dian)荷(he)Qrr小于(yu)SiC-SBD?金剛石SBD的(de)快速(su)開(kai)關性(xing)能是其應用在高頻(pin)低(di)損耗(hao)電(dian)路的(de)優點之一?

       Young 等[23]研究了 VSBD 的肖特基界面在高溫下的長期穩定性,結果如圖2(c)所示?當肖特基界面穩定時,在250 ℃處,初始位移出現在1 h左右;然而,即使在400 ℃?1 500 h和500 ℃?250 h之后,Ru/金剛石界面的SBH?RON和理想(xiang)因子也都未進一(yi)步降低(di)?Pt/金剛(gang)(gang)石(shi)和WC/金剛(gang)(gang)石(shi)界面(mian)也表現出良好(hao)的熱穩定性,因為鉑族(zu)金屬(shu)需要的活(huo)化能極高或者在(zai)界面(mian)層形成金屬(shu)碳化物(wu)[24]?在(zai)10 MJ/kg的X射(she)線照射(she)下,金剛(gang)(gang)石(shi)VSBD的耐輻射(she)性也得到了Umezawa等[25]的證(zheng)實?

       1.1.4 MiPD MiPD的截面結構圖如圖1(d)所示,是一種具有潛力的單極性金剛石器件?Brezeanu等[26]使用這種二極管結構實現大于2.5 kV的關斷電壓?在正向偏壓條件下, p+層注(zhu)入的(de)空(kong)穴在本征層(I層)中具有高(gao)遷移率,而I層在反向偏壓條(tiao)件下阻斷(duan)高(gao)電(dian)壓?但是(shi),因為正(zheng)向電(dian)流(liu)是(shi)由空(kong)間電(dian)荷限制(zhi)電(dian)流(liu)決定(ding)的(de),所以電(dian)流(liu)密度是(shi)有限的(de),尤其是(shi)在高(gao)溫(wen)下[27-28]?

       1.1.5 SPND 當硼濃度大于1020/cm3時,與碳相比由于硼的共價半徑較大,即使在金剛石中可能存在 高 硼 摻 雜 濃度,晶格膨脹也不能忽略[29]?Kitagoh等[30]用X射線衍射和透射電鏡證實了晶格在產生大量位錯后發生的弛豫,測定了8×1021/cm3摻硼薄膜的臨界厚度為200 nm?Alegre等[31]估算了(001)生長的臨界硼濃度為3.2×1021/cm3,并得出結論:位錯的產生是由于鄰近效應?因此,在p+/襯底上生長的漂移層(如pVSBD)具有源自缺陷p+層的高密度位錯?為了避免這種影響,Nagase 等[32]首先在高質量的半絕緣基片上生長一層 p-漂移層,然后生長一層 p+接觸層,最后從背面蝕刻50 μm厚的基板,在p層上制備肖特基接觸?利用該結構獲得了最大擊穿電壓 Vmax為700 V?

       由 Makino 等[33- 34]報導了 SPND,如圖 1(e)所示,其最高電流密度超過60 kA/cm2?它們在頂部具有肖特基接觸的p+接觸層上使用輕摻雜n型漂移層?在正向偏壓的條件下,n型層仍耗盡,使得從 p+層注入的空穴通過飽和速度流過 n 型層,因此,正向電流密度與n型層厚度幾乎無關,另一方面,阻斷電壓由 n 型層的厚度確定?Makino 等[35]還報告了用trr小于30 ns的快速關斷,這在常規PN結二極管中是不可能的?n型摻雜濃度隨漂移層厚度的增加而減小從而提高 Vmax,保持漂移層在(zai)正偏壓區(qu)的(de)完全耗盡(jin)狀態?

       1.2 開關器件

       ;將金剛石用于(yu)開關器(qi)(qi)件(jian)的研究(jiu)始于(yu) 20 世(shi)紀80年(nian)代?表(biao)3和圖3分別列出(chu)了(le)金剛石開關器(qi)(qi)件(jian)的性能及其典型結(jie)構?

       1.2.1 BJT Prins[37]首(shou)先利(li)用(yong)天然(ran)p型金剛石晶(jing)體作(zuo)為(wei)具(ju)有n型發射極(ji)(ji)和通過碳離子注入形(xing)成的集(ji)電極(ji)(ji)區域(yu)的基極(ji)(ji)電極(ji)(ji)來實現雙極(ji)(ji)結型晶(jing)體管(bipolar junction transistor,BJT)?然(ran)而,由于制造(zao)工藝等問題,電流無(wu)增(zeng)益效果?

       1.2.2 MESFET 與 MISFET 在(zai) BJTs 這(zhe)一發現之(zhi)后 ,金 屬 半 導 體 FET(metal-semiconductor fieldeffect transistor,MESFET)[38]和(he)金屬絕緣體半導體FET(metal- insulate- semiconductor field effect tran?sistor,MISFET)[39]也(ye)在(zai)天然金剛(gang)石晶體上實(shi)現了擴(kuo)散摻(chan)雜或(huo)離子注入摻(chan)雜?21世紀初,在(zai)化學氣相(xiang)沉積(CVD)外(wai)延生長(chang)技術建(jian)立之(zhi)后,這(zhe)種情況發生了巨大(da)的(de)變(bian)化?具有可控性(xing)很強的(de)SBH的(de)肖特基(ji)接觸可以簡單地被(bei)制(zhi)造在(zai)氧終(zhong)端的(de)金剛(gang)石表面?因此,深耗(hao)盡型 MESFET 在(zai)高溫條(tiao)件下具有高阻斷電壓和(he)低(di)柵(zha)漏電流(liu)的(de)工作(zuo)特性(xing)?

       1.2.3 MOSFET Pham等[40]研究深耗盡型金屬氧化物半導體場效應晶體管(metal-oxide-semicon?ductor field- effect transistor,MOSFET)表 明 ,在500 ℃退火,在累積條件下,柵漏電流急劇減小?

       1.2.4 JFET 結柵場效應管(junction gate FET,JFET)也是典型的常開器件,其結柵下面通道中的耗盡層由柵極偏壓控制[41]?由于金剛石 PN 結內建電勢大于 5 eV,使常關式操作成為可能[42]?JFET 在室溫和200 ℃下均能阻斷大于600 V的電壓,擊穿場強>6 MV/cm?高質量的橫向PN結決定了高電場強度[43-44]?Iwasaki等[45]實現了JFET的更高的電流密度458 A/cm2的雙極運行?

       1.2.5 H-FET 氫終端對金剛石表面的電學特性起著重要的作用?金剛石經過化學氣相沉積后的典型表面結構為氫終端,會呈現二維 p 型表面導電?這個表面導電層具有較高的載流子濃度(>1012/cm2)?較淺的厚度(<10 nm)和較低的活化能,這種表面導電層是場效應晶體管溝道的理想材料[46]?最近,Kitabayashi等[47]對H-FET的擊穿電壓進行了表征,與MESFET類似,通過將提高柵極與漏極的距離到 24 μm,H-FET 的  Vmax可提高到2 kV,這是金剛石場效應管的最高值?

       Matsumoto 等[48]利用 OH 終端在(111)面金剛石上實現反型 MOSFET?他們用磷摻雜的 n 型層作為主體,以通過原子層沉積的Al2O3作為柵極絕緣體,在柵偏壓為 6.3 V 時形成了 p 型反轉通道?他們確定反轉遷移率為8 cm2/Vs?

       由于金剛石的優異特性,它在制備電力電子設備方面具有巨大優勢?人們已經成功開發了各種FET結構,并取得了預期的結果?然而,在高功率晶體管的制備中,尋找合適的柵極絕緣材料仍是亟需解決的問題?金剛石晶體管常用的柵極絕緣材料有:Al2O3,SiO2,CaF2等?然而,這些材料(liao)的介電常數很低(di),無(wu)法完全控(kong)制(zhi)(zhi)金剛石的高空穴密(mi)度(du)?另(ling)一方面,鐵電材料(liao)具(ju)有極(ji)高的介電常數,但是需(xu)要合適的過渡層材料(liao)來制(zhi)(zhi)造高功率金剛石晶體管?因此,選擇(ze)新的柵極(ji)絕緣材料(liao)對于制(zhi)(zhi)備新的基于金剛石的器(qi)件非常必要和緊迫?

       2、金剛石的邊緣終止和缺陷

       即使(shi)金剛(gang)石具(ju)有優異的材料特性,由(you)于(yu)在電(dian)位分(fen)布變得(de)陡峭的電(dian)極邊(bian)緣處發生擊穿,所以也需要邊(bian)緣終(zhong)止技術?金剛(gang)石器(qi)件經常被觀(guan)察到(dao)從電(dian)極邊(bian)緣開(kai)始的硬(ying)擊穿?針(zhen)對金剛(gang)石器(qi)件提出的典型(xing)的邊(bian)緣終(zhong)止技術有:單極器(qi)件的絕(jue)緣膜;結終(zhong)端擴展(zhan)(junction termination extension,JTE)與絕(jue)緣多晶硅技術?

       2.1 單極器件的絕緣膜

       通過在肖特基電極和金剛石表面之間插入絕緣膜,可以使電極邊緣的電場松弛?Ikeda等[48-49]報道了以Al2O3和SiO2為絕緣體的金剛石SBD的優化絕緣層結構?他們指出,隨著FP的實施, Vmax提高了 2 倍以上,Al2O3的最佳厚度約為 1.5 μm,是SiO2厚度的1.7倍?Kato等[50]通過實驗證實了此方式可實現漏電流的減小和 Vmax的(de)(de)改善?然而,由于電極邊(bian)緣的(de)(de)場增(zeng)強仍然存在,因此無(wu)法(fa)獲得理想的(de)(de)擊(ji)穿電壓?

       2.2 JTE

       由于通過離子注入或高質量n型選擇區生長,在p型金剛石表面都難以產生低阻的n型層,很少有團隊認識到 JTE 的金剛石結構?Huang 等[51]在VSBD邊緣注入H+離子以獲得與JTE相同的效果,并報告 Vmax為3.7 kV?

       2.3 半絕緣多晶硅技術

       與JTE相反,表面半絕緣鈍化層增加表面歐姆泄漏將提供均勻的表面電位分布,提高擊穿電壓,這被稱為半絕緣多晶硅技術,主要用于高壓硅器件[52]?這種技術被證實對金剛石SBD也具有類似的效果?用絕緣層技術在10 MJ/kg的X射線輻照金剛石SBD后,漏電流略有增加,達到10 μA/cm2?這種漏電流可能是由于通過輻照缺陷在Al2O3中的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)荷傳輸,從(cong)而(er)使 SBD 的(de)(de)擊(ji)穿(chuan)(chuan)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)提高了 20%以(yi)(yi)上[25]?漏電(dian)(dian)(dian)流可(ke)以(yi)(yi)用弱反偏壓(ya)區(qu)的(de)(de)歐姆傳導和強(qiang)偏壓(ya)區(qu)的(de)(de)熱電(dian)(dian)(dian)子發(fa)射來解釋,因而(er),擊(ji)穿(chuan)(chuan)仍(reng)然發(fa)生在電(dian)(dian)(dian)極的(de)(de)邊緣?

        2.4 器件的缺陷研究

       利用電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束感應電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(electron-beam inducedcurrent,EBIC)成(cheng)像技術可以(yi)實(shi)現電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)邊(bian)緣(yuan)場(chang)(chang)(chang)增(zeng)強(qiang)的(de)實(shi)驗可視(shi)化(hua)[53]?加(jia)速(su)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束輻(fu)照金剛(gang)(gang)石會產(chan)生電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)空穴(xue)對?當反向偏壓施(shi)加(jia)到 SBD 時,產(chan)生的(de)少數載流(liu)(liu)子(zi)(zi),即金剛(gang)(gang)石中(zhong)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi),被電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)(chang)(chang)加(jia)速(su)并(bing)在(zai)漂移層(ceng)中(zhong)成(cheng)倍(bei)增(zeng)加(jia)?在(zai)肖(xiao)特基(ji)接觸(chu)處收(shou)集載流(liu)(liu)子(zi)(zi)作為電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu),使與電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束掃(sao)描同步的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)映射對應于電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)(chang)(chang)分布?如圖(tu)4(a)所示,具(ju)有100 V反向偏壓的(de)金剛(gang)(gang)石 SBD 的(de)掃(sao)描電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)顯微鏡(scanning elec?tron microscope,SEM)和(he)(he)EBIC圖(tu)像,在(zai)肖(xiao)特基(ji)接觸(chu)中(zhong)心區(qu)域(yu),平均(jun)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)(chang)(chang)為 1.3 mV/cm?如圖(tu) 4(b)所示,SBD周圍有一個橫向延(yan)伸(shen)的(de)耗盡(jin)層(ceng),其表現為一個高(gao)EBIC強(qiang)度區(qu)?但是,EBIC強(qiang)度在(zai)耗盡(jin)層(ceng)和(he)(he)極(ji)強(qiang)信(xin)號區(qu)?熱點區(qu)域(yu)并(bing)不均(jun)勻?熱點的(de)可能來源是與器(qi)件制造相關的(de)結構缺(que)陷(xian),特別是與光刻和(he)(he)提升工藝(yi)有關的(de)結構缺(que)陷(xian)[54]?

       缺(que)陷也會(hui)導致器件(jian)性能下降?漂移層(ceng)中的(de)非外(wai)延微晶,是從襯底表(biao)面的(de)污染物中生長出來(lai)的(de)多晶粒子,是 VSBD[14]和(he) MESFET[55]中的(de)致命缺(que)陷?這(zhe)些微晶大多可(ke)以(yi)通過(guo)控制(zhi)生長條件(jian)和(he)使用基片剝(bo)離(li)技術來(lai)去除[56]?然而,諸如螺(luo)紋(wen)位錯等(deng)晶體缺(que)陷的(de)影響尚未得到解決?

       X射線形貌是表征金剛石晶體缺陷的有力工具[57]?Watanabe等[58]在高壓高溫襯底上產生的位錯密度估計為104~105/cm2?這些位錯是通過化學氣相沉積膜傳播,以及由表面拋光缺陷產(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de)附(fu)加位錯(cuo)(cuo)[59]?Kato等[60]試(shi)圖用X射線形貌(mao)揭示(shi)漏電(dian)流與位錯(cuo)(cuo)類型之間的(de)(de)(de)(de)(de)關系,假設每種類型的(de)(de)(de)(de)(de)位錯(cuo)(cuo)對漏電(dian)流的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加都有其各自的(de)(de)(de)(de)(de)貢獻?他們得出(chu)(chu)結(jie)論(lun),邊緣和螺紋混合(he)位錯(cuo)(cuo)對泄漏電(dian)流有相似的(de)(de)(de)(de)(de)貢獻?Ohmagari等[61]表征了SBD的(de)(de)(de)(de)(de)漏電(dian)流與陰極(ji)發光(guang)譜(pu)的(de)(de)(de)(de)(de)帶(dai)A發射的(de)(de)(de)(de)(de)關系,并得出(chu)(chu)結(jie)論(lun):只有四重對稱發光(guang)模(mo)式(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)缺陷才會(hui)產(chan)生漏電(dian)流?

       3、結 論

       自同質外延生長技術(shu)和摻雜控(kong)制建立以來(lai),金(jin)剛(gang)石(shi)器件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)性能(neng)得到顯(xian)著地(di)提(ti)高(gao)?目前實(shi)(shi)現(xian)(xian)(xian)了在(zai)500 ℃高(gao)溫下,高(gao)正向(xiang)電流密度并展(zhan)現(xian)(xian)(xian)出長期穩定(ding)性的(de)(de)(de)(de)(de)肖特(te)基勢壘二(er)極管;具有低阻耗且阻斷(duan)(duan)能(neng)力大于(yu)10 kV的(de)(de)(de)(de)(de)二(er)極管也被實(shi)(shi)現(xian)(xian)(xian)?在(zai)開關器件(jian)(jian)方面(mian),實(shi)(shi)現(xian)(xian)(xian)了金(jin)屬半導體場效應晶(jing)體管與(yu)(yu)金(jin)屬氧化物半導體場效應晶(jing)體管的(de)(de)(de)(de)(de)阻斷(duan)(duan)電壓超過2 kV?然而(er),器件(jian)(jian)制造技術(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)缺乏仍然限制了器件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)性能(neng)?離子注入(ru)和選(xuan)擇性區域生長形成(cheng)邊緣(yuan)終端結(jie)構(gou)與(yu)(yu)MOS結(jie)構(gou)制備(bei)技術(shu)一起,成(cheng)為使金(jin)剛(gang)石(shi)發揮優(you)異(yi)性能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)必備(bei)技術(shu)條件(jian)(jian)之一?但是由(you)于(yu)金(jin)剛(gang)石(shi)極好的(de)(de)(de)(de)(de)化學(xue)穩定(ding)性與(yu)(yu)極高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)硬度,給金(jin)剛(gang)石(shi)微結(jie)構(gou)處(chu)理帶來(lai)了較大困難(nan),為了提(ti)高(gao)器件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)制造與(yu)(yu)器件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)性能(neng),對(dui)表面(mian)結(jie)構(gou)?界面(mian)結(jie)構(gou)和缺陷結(jie)構(gou)開展(zhan)更深入(ru)的(de)(de)(de)(de)(de)研究是十分(fen)必要的(de)(de)(de)(de)(de)?

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