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Aisladores sic 5-5-5: óxidos térmicos y tecnología mos

5. tecnología de carburo de silicio

Aisladores sic 5-5-5: óxidos térmicos y tecnología mos

2018-01-08

la gran mayoría de los chips integrados de semiconductores en uso hoy en día se basan en óxido de metal de silicio

transistores semiconductores de efecto de campo (mosfets), cuyas ventajas electrónicas y funcionamiento

la física de los dispositivos se resume en el capítulo de katsumata y en otros lugares. dado el extremo

utilidad y éxito de los circuitos inversos basados ​​en mosfet electrónica en silicio vlsi (así como

dispositivos discretos de potencia de silicio), es naturalmente deseable implementar la inversión de alto rendimiento

canal mosfets en sic. como el silicio, sic forma una térmica cuando se calienta lo suficiente en un

ambiente de oxígeno mientras que esto permite que la tecnología sic mos siga de alguna manera el altamente exitoso

camino de la tecnología de silicio mos, sin embargo, hay diferencias importantes en la calidad del aislante y

procesamiento de dispositivos que actualmente están impidiendo que sic mosfets se den cuenta de sus beneficios

potencial. mientras que el siguiente discurso intenta resaltar rápidamente los problemas clave que enfrenta sic mosfet

desarrollo, se pueden encontrar ideas más detalladas en las referencias 133-142.


desde un punto de vista puramente eléctrico, hay dos deficiencias operativas principales de óxidos sic y

mosfets en comparación con mosfets de silicio. primero, movilidades efectivas del canal de inversión en la mayoría de los mosfets sic

son más bajos de lo que cabría esperar en base a las movilidades del transportador mosfet del canal de inversión de silicio.


esto reduce seriamente la ganancia del transistor y la capacidad de corriente de los mosfets sic, de modo que sic

Los mosfets no son tan ventajosos como se predijo teóricamente. segundo, los óxidos sic no han demostrado

tan confiables e inmutables como los óxidos de silicio bien desarrollados, ya que los sic mosfets son más propensos a

cambios de voltaje de umbral, fuga de puerta y fallas de óxido que mosfets de silicio comparativamente sesgados. en

En particular, las deficiencias de rendimiento eléctrico del óxido de mosfet sic se atribuyen a las diferencias entre

calidad de silicio y óxido térmico sic y estructura de interfaz que causa que el óxido sic muestre indeseablemente

niveles más altos de densidades de estado de interfaz ( ), cargas de óxido fijas ( ),

atrapamiento de carga, túnel de óxido portador y movilidad reducida de los portadores de canal de inversión.

al resaltar las dificultades que enfrenta el desarrollo de sic mosfet, es importante tener en cuenta que

Los primeros mosfets de silicio también enfrentaron desafíos de desarrollo que requirieron muchos años de investigación dedicada

esfuerzos para superar con éxito. de hecho, enormes mejoras en el rendimiento del dispositivo 4h-sic mos

se han logrado en los últimos años, dando esperanza de que los beneficiosos dispositivos 4h-sic power mosfet para

la operación a temperaturas ambiente de hasta 125 ° C podría comercializarse en los próximos años.

por ejemplo, la movilidad de 4h-sic mosfet con inversión de canal para orientación convencional (8 ° off (0001)

c-axis) wafers ha mejorado de \u0026 lt; 10 a \u0026 gt; 200 , mientras que la densidad de eléctricamente perjudicial

sic- defectos de estado de la interfaz que residen enérgicamente cerca del borde de la banda de conducción han disminuido

un orden de magnitud asimismo, orientaciones superficiales de obleas sic alternativas como ( )

y ( ) que se obtienen haciendo dispositivos en obleas cortadas con diferentes orientaciones cristalográficas

(sección 5.2.1), también han producido propiedades del canal mos 4h-sic significativamente mejoradas.

un paso clave para la obtención de dispositivos 4h-sic mos muy mejorados ha sido la introducción adecuada

de gases compuestos de nitrógeno (en forma de ) durante la oxidación y la postoxidación

proceso de recocido. estos recocidos a base de nitrógeno también han mejorado la

estabilidad de los óxidos 4h-sic al campo eléctrico alto y el estrés a alta temperatura utilizado para calificar y

cuantificar la confiabilidad de Mosfets. sin embargo, como agarwal et al. han señalado, el ancho

bandgap de sic reduce la barrera potencial que impide la perforación de portadores dañinos a través de óxidos

crecido en 4h-sic, por lo que no se puede esperar que los óxidos 4h-sic logren la misma alta confiabilidad que

óxidos térmicos en silicio. es muy probable que los aisladores alternativos de compuertas además de los cultivados térmicamente

tendrá que ser desarrollado para la implementación optimizada del canal de inversión 4h-sic aislado

transistores de compuerta para las aplicaciones electrónicas de alta temperatura y alta potencia más exigentes. como

con la tecnología de silicio Mosfet, es probable que se desarrollen pilas dieléctricas multicapa para mejorar aún más

rendimiento sic mosfet.

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