基于原子理论的SiC/SiO2界面粗糙度对离子注入SiC MOSFET器件特性的研究

Atomic-Theory based impaction of surface morphology of SiC/SiO2 on the interface characteristics and channel inversion mobility of ion-implantation SiC MOSFET is researched. The main research is focused on the surface roughness will have an effection on the generation and magnitude of interface state or not, the trend of influension is also included. An atomical micromechanism is used for explaining the change of interface state introduced by the change of surface morphology.Additionally, a channel inversion mobility related with surface roughness which is used to describe the relationship of surface morphology and interface state is established based on the atomic theory. The accomplishment of this project can solve the problem of correlation of surface roughness and interface state and further put a foundation for improving the technology processing for SiC devices and material.

本项目将研究高温离子注入退火之后SiC/SiO2界面形貌对SiC MOSFET器件界面特性以及器件沟道迁移率的影响，主要研究表面粗糙度是否会对SiC/SiO2界面态的产生以及大小产生影响以及影响趋势，并且从原子理论角度解释当表面形貌发生变化时界面态密度发生变化的微观机制。同时建立一个基于原子理论的与表面粗糙度有关的反型层迁移率模型，用来表述因表面形貌的改变导致界面态密度发生变化从而引起沟道反型层迁移率的变化。此项目的完成将解决表面粗糙度与界面态密度的相关性问题，并且为进一步完善SiC 器件和材料的制作工艺奠定基础。

本项目中主要研究 SiC/SiO2界面形貌对离子注入SiC MOSFET 器件特性的影响。SiC材料表面因经历高温离子注入退火所产生的 原子外扩散所导致的富碳面和“step bunching”促使 界面形貌发生极大的退变将严重影响MOSFET的反型层迁移率，而大多数情况下小于10cm2/V∙s的反型层迁移率则是因为表面粗糙度引起的，并且会导致功率器件导通电阻增大。而表面形貌的改变也会影响到界面态密度的分布和大小、沟道迁移率、继而影响到器件的I-V特性，此问题一直是 工艺和器件发展当中的难点。并且在实验当中存在很多完全相反的结论。. 在本项目中通过反复的实验以及理论计算主要研究 界面形貌对离子注入 器件特性的影响。研究表明当SiC MOS器件 界面如果产生原子台阶时，很有可能因为纳米数量级的峰和峰、谷与谷之间的距离会导致器件反型层沟道迁移率增大，同时建立了一个SiC/SiO2 界面沟道迁移率的原子模型，从原子理论的角度解释了N以及位置以及界面材料结合方式对其界面的钝化作用，有效的解决了长期以来备受困扰的 界面态密度以及形貌对MOS器件电学特性的影响的问题。