CN105047532B - 在SiC材料中获取二维电子气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步骤：步骤1：取一晶面为(0001)的SiC衬底；步骤2：在晶面为(0001)的SiC衬底上制作晶面为(0001)的AlN层。本发明可以用在SiC基开关器件的制造，与已有的SiC基场效应晶体管相比，提高了沟道载流子的迁移率，从而降低器件的通态电阻，减小功耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种二维电子气的获取方法，尤其是涉及一种用于SiC材料二维电子气的获取方法。
背景技术
第三代半导体碳化硅(SiC)是一种具有优良的物理特性、电学特性的宽禁带半导体材料。它具有宽带隙、高击穿场强、高热导率等特点，因此非常适合于研制高温、大功率、高频电力电子器件。
SiC是目前唯一可以氧化形成SiO2的化合物半导体，然而在SiC和SiO2界面存在着很高的界面态密度。这主要是由于器件栅氧化物是通过氧化SiC形成的，在氧化过程中，SiC中的C元素部分氧化形成CO和CO2，在栅氧化物与SiC基底之间留下较多界面态，剩余一些C元素未能氧化，形成了C团簇，使得栅氧化物与SiC基底界面质量不如SiO2与SiC高。这些界面态不仅减少了SiC基MOS器件沟道中导电载流子，同时会形成散射中心进一步降低沟道迁移率，使得器件的导通电阻高，工作频率低。即使存在如JFET类的器件来避免MOS界面，但由于SiC中杂质的扩散系数非常低，多采用离子注入的方法对其掺杂，注入离子的激活温度相当高，这都会造成较大的晶体损伤因而迁移率并不是足够高。这就需要寻找一种新的基于SiC的载流子导电界面，使得能产生高密度、高迁移率的沟道载流子。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，其是针对目前传统的SiC基MOS器件界面态密度高，载流子迁移率低的特点，提出在SiC表面沉积一种具有高介电常数、高自发极化、高临界电场和晶格匹配的电介质。使得该电介质与SiC之间通过极化产生高密度的二维电子气。
本发明的第一实施例提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步骤：
步骤1：取一晶面为(0001)的SiC衬底；
步骤2：在晶面为(0001)的SiC衬底上制作晶面为(0001)的AlN层。
本发明的第二实施例提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步骤：
步骤1：取一晶面为的SiC衬底；
步骤2：在晶面为的SiC衬底上制作晶面为(0001)的AlN层。
本发明的第三实施例提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步骤：
步骤1：取一晶面为(0001)的SiC衬底；
步骤2：在晶面为(0001)的SiC衬底上制作晶面为(0001)的AlN层；
步骤3：在晶面为(0001)的AlN层上制作晶面为(0001)的AlxGa1-xN层。
本发明的第四实施例提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步骤：
步骤1：取一晶面为(0001)的SiC衬底；
步骤2：在晶面为(0001)的SiC衬底上制作晶面为的AlN层；
步骤3：在晶面为的AlN层上制作晶面为的AlxGa1-xN层。
本发明的第五实施例提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步骤：
步骤1：取一晶面为的SiC衬底；
步骤2：在晶面为的SiC衬底上制作晶面为(0001)的AlN层；
步骤3：在晶面为(0001)的AlN层上制作晶面为(0001)的AlxGa1-xN层。
本发明可以用在SiC基开关器件的制造，与已有的SiC基场效应晶体管相比，提高了沟道载流子的迁移率，从而降低器件的通态电阻，减小功耗。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，其中：
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例2的结构示意图；
图3是本发明实施例3的结构示意图；
图4是本发明实施例4的结构示意图；
图5是本发明实施例5的结构示意图。
具体实施方式
(1)在SiC衬底材料之上可以有以下几种薄膜组合：(a)AlN(b)AlN/AlxGa1-xN薄膜。根据纤锌矿结构自发极化和压电极化特性，AlxGa1-xN材料的晶格常数小于SiC衬底的，即AlxGa1-xN材料生长在SiC材料上受到压应力产生与本身自发极化相反向的压电极化，而衬底材料的压电极化为0。两种材料在界面处会由于极化强度的变化产生极化感应电荷，其计算公式如下：
ρ＝-{[Psp(AlxGa1-xN)+Ppe(AlxGa1-xN)]-[Psp(SiC)+Ppe(SiC)]}
Psp和Ppe分别是相应材料的自发极化和压电极化。
(2)根据(1)中的计算公式，两种材料的界面处需形成正的极化面电荷才能吸引二维电子气到异质结的势阱中，由于材料之间的极化方向和大小不同，材料的生长需满足一定的晶面取向。即Al(Ga)面的AlxGa1-xN材料生长在(0001)面的SiC衬底上；或者Al组份小于0.6左右的N面的AlxGa1-xN材料生长在(0001)面SiC衬底上；或者Al组份大于0.6左右的Al(Ga)面的AlxGa1-xN材料生长在面SiC衬底上。
现结合附图和实施例对本发明做进一步陈述：
实施例1
请参阅图1所示，本发明提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步骤：
步骤1：取一晶面为(0001)的SiC衬底1，该晶面为(0001)的SiC衬底1是具有六方纤锌矿的晶体结构，所述晶面为(0001)的衬底1是零偏角的晶面；
步骤2：在晶面为(0001)的SiC衬底1上制作晶面为(0001)的AlN层2。
其中SiC衬底1为半绝缘的材料，厚度为3-10μm，AlN层2厚度为5nm-50nm，可作适当的n型掺杂来补偿两种材料界面处二维电子的损失。沉积材料采用的生长方法可以是化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积的一种。
实施例2
请参阅图2所示，本发明提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步骤：
步骤1：取一晶面为的SiC衬底1，该晶面为的SiC衬底1，是具有六方纤锌矿的晶体结构，所述晶面为的SiC衬底1，是零偏角的晶面；
步骤2：在晶面为的SiC衬底1，上制作晶面为(0001)的AlN层2。
其中SiC衬底1，为半绝缘的材料，厚度为3-10μm，AlN层2厚度为5nm-50nm，可作适当的n型掺杂来补偿两种材料界面处二维电子的损失。沉积材料采用的生长方法可以是化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积的一种。
实施例3
请参阅图3所示，本发明提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步骤：
步骤1：取一晶面为(0001)的SiC衬底1，该晶面为(0001)的SiC衬底1是具有六方纤锌矿的晶体结构，所述晶面为(0001)的衬底1是零偏角的晶面；
步骤2：在晶面为(0001)的SiC衬底1上制作晶面为(0001)的AlN层2；
步骤3：在晶面为(0001)的AlN层2上制作晶面为(0001)的AlxGa1-xN层3，该AlxGa1-xN层3中的Al组份x从0到1变化，即该材料代表AlN、AlGaN、GaN的一种，即x为0是GaN材料，x为1是AlN材料，0＜x＜1为AlGaN。
其中SiC衬底1为半绝缘的材料，厚度为3-10μm。AlN***层2厚度为0-2nm，即可选择不***该AlN层2，而1nm左右的厚度是因为AlN层与4H-SiC晶格匹配较好，因而作为缓冲层可以有效降低界面态密度对极化电荷的屏蔽作用，从而提高二维电子气的浓度及电子迁移率。AlxGa1-xN层3厚度为15nm-30nm，可作适当的n型掺杂以提供足够多的二维电子。沉积材料采用的生长方法可以是化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积的一种。
实施例4
请参阅图4所示，本发明提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步骤：
步骤1：取一晶面为(0001)的SiC衬底1，该晶面为(0001)的SiC衬底1是具有六方纤锌矿的晶体结构，所述晶面为(0001)的衬底1是零偏角的晶面；
步骤2：在晶面为(0001)的SiC衬底1上制作晶面为的AlN层2；
步骤3：在晶面为的AlN层2，上制作晶面为的AlxGa1-xN层3，，该晶面为的AlxGa1-xN层3，中的Al组份x小于0.6左右。
其中SiC衬底1为半绝缘的材料，厚度为3-10μm。AlN***层2，厚度为0-2nm，AlxGa1-xN层3厚度为15nm-30nm，可作适当的n型掺杂以提供足够多的二维电子。沉积材料采用的生长方法可以是化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积的一种。
实施例5
请参阅图5所示，本发明提供一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步骤：
步骤1：取一晶面为的SiC衬底1，，该晶面为的SiC衬底1，是具有六方纤锌矿的晶体结构，所述晶面为的SiC衬底1，是零偏角的晶面；
步骤2：在晶面为的SiC衬底1，上制作晶面为(0001)的AlN层2；
步骤3：在晶面为(0001)的AlN层2上制作晶面为(0001)的AlxGa1-xN层3，该晶面为(0001)的AlxGa1-xN层3中的Al组份x大于0.6左右。
其中SiC衬底1为半绝缘的材料，厚度为3-10μm。AlN***层2，厚度为0-2nm，AlxGa1-xN层3厚度为15nm-30nm，可作适当的n型掺杂以提供足够多的二维电子。沉积材料采用的生长方法可以是化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积的一种。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步骤：
步骤1：取一晶面为(0001)的SiC衬底，所述的(0001)的SiC衬底是具有六方纤锌矿的晶体结构，且是零偏角的晶面；
步骤2：在晶面为(0001)的SiC衬底上制作晶面为(0001)的AlN层。
2.一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步骤：
步骤1：取一晶面为的SiC衬底，所述的(0001)的SiC衬底是具有六方纤锌矿的晶体结构，且是零偏角的晶面；
步骤2：在晶面为的SiC衬底上制作晶面为(0001)的AlN层。
3.一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步骤：
步骤1：取一晶面为(0001)的SiC衬底，所述的(0001)的SiC衬底是具有六方纤锌矿的晶体结构，且是零偏角的晶面；
步骤2：在晶面为(0001)的SiC衬底上制作晶面为(0001)的AlN层；
步骤3：在晶面为(0001)的AlN层上制作晶面为(0001)的AlxGa1-xN层，其中晶面为(0001)的AlxGa1-xN层中的Al组份0＜x＜1。
4.一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步骤：
步骤1：取一晶面为(0001)的SiC衬底，所述的(0001)的SiC衬底是具有六方纤锌矿的晶体结构，且是零偏角的晶面；
步骤2：在晶面为(0001)的SiC衬底上制作晶面为的AlN层；
步骤3：在晶面为的AlN层上制作晶面为的AlxGa1-xN层，其中晶面为(0001)的AlxGa1-xN层中的Al组份x小于0.6。
5.一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，包括如下步骤：
步骤1：取一晶面为的SiC衬底，所述的(0001)的SiC衬底是具有六方纤锌矿的晶体结构，且是零偏角的晶面；
步骤2：在晶面为的SiC衬底上制作晶面为(0001)的AlN层；
步骤3：在晶面为(0001)的AlN层上制作晶面为(0001)的AlxGa1-xN层，其中晶面为(0001)的AlxGa1-xN层中的Al组份x大于0.6。
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| PB01 | Publication | ||
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