【摘要】SiC是新一代高溫、高頻、大功率和抗輻照半導體器件和集成電路的半導體材料，具有高擊穿電場、高飽和電子漂移速率、高熱導率及抗輻照能力強等一系列優(yōu)點肖特基勢壘二極管是實現各種SiC器件的基礎，因此對SiC肖特基勢壘二極管高溫特性的研究具有十分重要的理論和實際意義。

【關鍵詞】碳化硅；肖特基勢壘二極管；伏安特性；熱電子發(fā)射理論

第三代寬帶隙半導體材料SiC特別適合制作高壓、高溫、高功率、耐輻照等半導體器件，使得其在航空航天綜合工程、核動力工程、礦物開采與加工、化學工業(yè)、汽車制造業(yè)等領域有著廣泛的應用前景。近年來，SiC器件在高溫特性研究和應用方面都取得了很大的進展。目前，對高于550K的肖特基二極管的特性未見報道，而550K的溫度遠遠不能滿足目前對極端電子器件的要求，也沒有發(fā)揮SiC的優(yōu)勢[1～3]，需要我們進行進一步的研究探索。

1.肖特基二極管的器件結構

主要工藝流程是：

（1）制備樣片，超聲清洗晶片，之后用1號、2號洗液清洗，再用高純冷熱去離子水沖洗。

（2）有源區(qū)厚氧化，光刻，離子注入三價金屬（Al，B）形成p型摻雜區(qū)，1650℃真空退火。

（3）襯底在高真空中電子束蒸發(fā)厚度為1.2Lm的Ti、Ni、Ag合金，在氬氣保護下950℃退火，形成歐姆接觸。

（4）有源區(qū)光刻，外延層在高真空電子束蒸發(fā)厚度為1Lm的Ni（Ti），在氬氣保護下650℃退火，形成肖特基接觸，在Ni（Ti）上蒸Au作為加厚及防氧化保護層。

（5）反刻Ni（Ti）、Au，劃片，燒結，壓焊，封裝和測試。

2.實驗結果與分析

2.1 實驗

2.2 實驗結果

SiC材料具有很寬的禁帶寬度（4H-SiC的禁帶寬度Eg=3.26eV），決定了其器件具有良好的溫度特性，能夠在很寬的溫度區(qū)間范圍正常工作。由于封裝技術限制，我們對SDT06S60器件做了寬溫區(qū)（-100～500℃）的溫度特性研究，對實驗室研制的Ti肖特基勢壘二極管和Ni肖特基勢壘二極管做了從室溫（20℃）到320℃溫度范圍的溫度特性研究。采用改進型恒流源電路，在肖特基勢壘二極管上加恒定的正向電流，同時采用直流穩(wěn)壓源作為電源，保證電流和外加電壓的恒定，對SDT06S60器件，我們設定工作電流為8mA，在低溫條件下（-100～+20℃），采用Keithley 182儀器記錄了肖特基勢壘二極管正向壓降隨溫度變化的關系；在可控高溫爐中測量了器件在高溫時正向壓降隨溫度變化的關系。

對于Ti肖特基勢壘二極管和Ni肖特基勢壘二極管，選電流為0.5mA，在可控高溫爐中測量了器件在高溫時正向壓降隨溫度變化的關系。本研究沒有涉及這一問題，目前還沒有見到對此進行深入研究的報道。

3.結論

通過對測試結果分析，發(fā)現熱電子發(fā)射是正向電流密度的主要輸運機理。和室溫條件相比，反向電流密度僅僅取決于隧道電流，熱電子發(fā)射電流和耗盡層中復合中心產生電流都隨溫度的升高而大大增加，必須加以考慮。

肖特基勢壘二極管的理想因子、串聯(lián)電阻、肖特基勢壘高度均與溫度相關。對于本文采用的Ti/4H—SiC樣品，在溫度為395K和528K時，理想因子分別為1.35和1.39，串聯(lián)電阻Ron分別為2.7mΩ·cm2和8.9mΩ·cm2肖特基勢壘高度分別約為0.86eV和1.03eV，開啟電壓基本保持不變，為0.5V左右。

參考文獻

[1]胡林輝，謝家純等.4H-SiC肖特基勢壘二極管溫度特性研究[J].中國科學技術大學學報，2003，06：61-64.

[2]王悅湖，張義門等.Ni/4H-SiC肖特基二極管高溫特性研究[J].西安電子科技大學學報，2004，01：63-66+75.

[3]張發(fā)生，李欣然.Mo/4H-Si肖特基勢壘二極管的研制[J].半導體學報，2007，03：435-438.

[4]呂惠民.SiC肖特基勢壘二極管[J].半導體雜志，1997， 02：41-47.