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1、四川大学 硕士学位论文 SiO/6H-SiC界面特性及其氧化层缺陷研究 姓名：刘洪军 申请学位级别：硕士 专业：凝聚态物理 指导教师：伍登学 20030520 四川大学硕士学位论文 S i 0 2 6 H - S i C 界面特性及其氧化层缺陷研究 凝聚态物理专业 研究生刘洪军指导教师伍登学 宽禁带半导体碳化硅( S I C ) 材料由于其本身具有各种优异特性，使得在应用 于高温、高频、高功率器件方面具有特殊的地位。S i C 是唯一可以氧化生长成 S i 0 2 的化合物半导体材料，这使得它可以运用s i 平面工艺条件进行S i C 器件的 制造，特别制作M O S 器件方面。由于其氧化层的
2、的质量还不能达到工业生产 的要求，目前关于S i C 表面的氧化层质量以及界面态特性仍然需要大量研究。 本文运用高频C V 、慢正电子淹没和红外反射谱的方法，分别研究S i 0 2 S i C 系 统的界面特性、表面氧化层缺陷情况和氧化层物理特性。 首先使用高频C - V 测试技术，在有光照和无光照的条件下，对P 型和1 1 型 S i0 2 s i c 的电容一电压特性作了研究。在无光照条件下，比较了E l 型和P 型S i C M O S 的不同特点，对其深耗尽特征和P 型S i CM O S 的平带电压作了讨论和解释。 然后使用光照条件讨论了P 和n 型S i CM O S 的界面态的性
3、质，即P 型为施主态， n 型为受主态。最后在n 型S i C 不同光波段的C V 光照实验研究中，我们发现 不同频率光波的光照的得出的C V 曲线界面态台阶不相同，该结果说明利用不 同单色光波可以得到界面态分布的信息。 利用0 - 1 5 k e V 的慢正电子多谱勒能量展宽测试S i O z S i C 的缺陷情况，发现 不管是n 型还是P 型，氧化层附近其S 参数经过N 2 退火明显减小，w 参数在 这个部位增大。这一实验结果表明退火过程中，氧化层空位型的缺陷减少导致 了S 减小和w 增大。同时也说明慢正电子湮没技术在研究S i C 上的S i 0 2 中缺 陷的变化是可行的实验方法。
4、运用红外反射光谱研究S i C 表面生长的氧化层在退火过程中特征反射峰的 四川大学硕士学位论文 漂移情况，实验发现经过N 2 退火后，表面S i 0 2 的l lO O c m l 附近的特征反射峰 位向高频方向移动，并且在l 1 0 0 * C 左右退火时，这种漂移最明显。根据现有数 据认为退火过后氧化层的密度变小，可能是氧化层内部间隙式杂质扩散出来的 结果。 关键词：S i O ：6 H S i C ，高频C V ，界面态特性，慢正电子湮没，红外反射光谱 I I 四川大学硕士学位论文 S t u d i e so f t h e p r o p e r t y o fi n t e r f
5、 a c eo n S i 0 2 6 H S i Ca n d t h ed e f e c t si nS i 0 2 M a j o r ：C o n d e n s e d S t a t eP h y s i c s S t u d e n t ：L i uH o n g j u nA d v is o r ：W uD e n g x u e T h em a t e r i a lo fs i l i c o nc a r b i d e ( S i C ) h a sm a n y g o o dp r o p e r t i e sd u e t oi t sw i d e b
6、 a n d g a p I tc a nb ea p p l i e dt oh i g h t e m p e r a t u r e ，h i g h f r e q u e n c ya n dh i g h - p o w e r d e v i c e s I ti st h eo n l yo n ec o m p o u n ds e m i c o n d u c t o rw h o s en a t i v eo x i d ei sS i 0 2 T h e r e f o r e ，t h eS i Cd e v i c e sC a nb em a n u f a
7、c t u r e du s i n gt h et e c h n o l o g yo f t h es i l i c o n p r o c e s s i n g ，f o re x a m p l eM O S d e v i c e s B u tt h eq u a l i t yo fi t so x i d ei sf a rf r o m a d e q u a t ef o ri n d u s t r i a ld e v i c e s n l ed e v i c e sn e e dh i 曲q u a l i t yo fo x i d ef i l ma n
8、 d S i 0 2 S i Ci n t e r f a c es t r u c t u r e I nt h i sp a p e r , t h eh i g hf r e q u e n c yC v t h ea n n i h i l a t i o n o fs l o w p o s i t r o nb e a m a n dt h ei n f r a r e dr e f l e c t a n c et e c h n i q u e sw e r eu s e dt os t u d yt h e p r o p e r t y o fi n t e r f a c
9、 ei n S i 0 2 S i C ，t h e d e f e c t si nS i 0 2a n dt h e i r p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c s I nt h eh i 曲f r e q u e n c yC - V e x p e r i m e n t s ，t h el a r g ef l a t - b a n ds h i f ti nS i 0 2 p - S i C i n d i c a t e dt h a tt h e r eW a sh i 曲d e n s i t yo fd e e pi n
10、 t e r f a c es t a t e s T h ed e e pi n t e r f a c e s t a t e sw e r e s i m p l y s t u d i e d b yu s i n gp h o t o e x c i t a t i o n I nt h e e x p e r i m e n t o f p h o t o e x c i t e dC - V c h a r a c t e r i s t i c so f S i 0 2 n - S i C ，al e d g et h a th a db e e na p p e a r e
11、di n p - t y p es a m p l eW a so b s e r v e db e c a u s eo ft h ed e e pi n t e r f a c es t a t e s B yc o m p a r i n g S i 0 2 p - S i Cw i t l lS i 0 2 n - S i C i tC a l l b ef o u n dt h a tt h ed e e pi n t e r f a c es t a t e si n S i O f f p S i Ci sd o n o r - t y p e ，w h i l ei nS i
12、0 2 n - S i Ci sa c c e p t o r - t y p e F i n a l l y , d i f f e r e n t w a v e l e n g t h so fl i g h t - w a v ew e r ea p p l i e dt ot h ep h o t o - e x c i t e dC - v ，w h i c hi n d i c a t e d t h a tt h ei n f o r m a t i o no f i n t e r f a c es t a t e sC O u l db eo b t a i n e d 1
13、 1 1 四川大学硕士学位论文 T h e0 - 1 5 k e Ve n e r g ys l o w - p o s i t r o nb e a mW a Su s e dt om e a S u r et h eD o p p l e b r o a d e n i n gi nS i 0 2 S i C B o t ht h eSa n dWp a r a m e t e r sc l e a r l y s h o w e dt h a tt h e d e n s i t yo fd e f e c ti nS i 0 2l a y e rh a dd e c r e a s e
14、 da f t e ra n n e a l i n gi nN 2 T h er e s u l t so f t h i se x p e r i m e n t si n d i c a t e dt h a tt h ed e f e c t so f v o i d t y p ei nt h eS i 0 2l a y e r sd e c r e a s e d a f t e r a n n e a l i n g I ts h o w s t h a tt h et e c h n i q u eo f a n n i h i l a t i o no f s l o w p
15、 o s i t r o ni sag o o d m e t h o di nm o n i t o r i n gt h ed e f e c ti nS i 0 2 I n f r a r e dr e f l e c t a n c eW a su s e di nm e a s u r i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h eS i 0 2l a y e r o nS i C A p e a ka p p e a r e d a ta b o u tIl O O c m 1 C a nb eu s e dt om o n i t
16、o rt h ed e n s i t yo f t h e S i 0 2l a y e r A f t e ra n n e a l i n g i nN 2 ，t h ep e a l 【s h i f t e dt o w a r d s h i g hf r e q u e n c yT h i ss h i f t b e c a m ed i s t i n c ta f t e ra n n e a l i n ga t11 0 0 w h i c hs h o w e dad e c r e a s eo ft h ed e n s i t y a n dW a sc o n s i d e r e d 恤a tt h ei m e r s t i t i a li m p u r i t yh a dd i f f u s e df r o mS i 0 2 K e y w o r d s ：S i 0 2 6 H S i C ，
