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1、综 述宽禁带半导体功率器件刘海涛 陈启秀(浙江大学信电系功率器件研究所,杭州310027) 摘要 阐述了宽禁带半导体的主要特性与SiC、金刚石等主要宽禁带半导体功率器件的最新发展动态及其存在的主要问题,并对其未来的发展作出展望。关键词 宽禁带半导体 功率器件 碳化硅 金刚石WideBandgapSemiconductorPowerDevicesLiuHaitao,ChenQixiu(InstituteofPowerDevices,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027)
2、AbstractThepaperpresentsthemaincharacteristicsofwidebandgapsemiconduc2tors,andelaboratesthelatestdevelopmentofSiCanddiamondpowerdevices.Atthesametime,thefuturedevelopmentofSiCanddiamondpowerdevicesisforcasted.KeywordsWidebandgapsemiconductorPowerdevices
3、SiCDiamond由表1可知宽禁带半导体具有许多优点:1 引 言1)WBG具有很高的热导率(尤其是SiC与金由于Si功率器件已日趋其发展的极限,尤刚石),使得它们能够迅速转移所产生的热量,其在高频、高温及高功率领域更显示出其局限广泛用于高温及高功率领域;2)由于WBG的性,因此开发研制宽带半导体器件已越来越被禁带宽度很大,因此相应器件的漏电流极小,一人们所关注。所谓宽带半导体(WBG)主要是指般比Si半导体器件低10～14个数量级,有利于禁带宽度大于212电子伏特的半导体材料,包括制作CCD器件及高
4、速存储器;3)WBG具有比Ê—O、Ê—S、Ê—Se、Ë—N、SiC、金刚石普通半导体更低的介电常数及更高的电子饱和以及其他一些化合物半导体材料。这些材料一速率,使之比Si,GaAs更适合于制作毫米波放般均具有较宽的禁带、高的击穿电场、高的热大器及微波放大器。除此之外,WBG还具有负导率、高的电子饱和速率,因此他们比Si及的电子亲和势及很高的异质结偏置电势,使得GaAs更适合于制作高温、高频及高功率器件。它们特别适合于阴极发射的平板显示器。其中Johnson优值指数(JFOM=Ecõvsö2P,Ec鉴于
5、近几年SiC与金刚石材料的生长技术为临界电场;vs为电子饱和速率)、Keyes优值及氧化、掺杂、欧姆接触等工艺的成熟,使得1ö2指数(KFOM=K[Cõvsö4PE],其中C为光速;SiC与金刚石器件得到了突飞猛进的发展,下E为介电常数)和Baliga优值指数(BFOM=面我们将主要评述SiC及金刚石的最新发展。3ELEG,其中EG为禁带宽度,L为迁移率)分别2SiC功率器件从功率频率能力、耐热能力及导通功率损耗三[1][2]方面说明了这一科学事实。表1列出了常见近年来SiC功率器件的研究引起了世界科
6、宽带半导体与Si,GaAs的比较。学界的高度重视,尤其是美国、欧洲等发达国半导体技术1999年4月第24卷第2期1表1 宽禁带半导体材料的基本特性材料特性SiGaAsBSiC4H2SiCGaNAlN金刚石禁带宽度öeV1111143212312631456125145电子饱和速率ö×107cmõs-1110110212210212217迁移率öcm2õV-1õs-1 电子150085001000114012502200空穴60040050508501600击穿电场ö×105Võcm-1362
7、030>10100介电常数11181215917916～109815515电阻率ö8õcm1000108150>1012>1010>1013>1013热导率öWõcm-1õK-1115014641941911331022Johnson优值指数ö×1023W-1õ8-1õs-29106215253344101567073856Keyes优值指数ö×102Wõ℃õcm-1õs-113186139013229118444Baliga优值指数(相对于Si而言)220394650815106030002727家
8、为此投入了大量的资金;同时也涌现出一批态电阻比Si整流器低一个数量级,与温度的关210214新型的SiC功率器件,主要包括LED发光器系为Ron2T,而在Si整流器中为Ron2T。件、pn结及肖特基整流器件、FET、双极晶体如果不采用结终端技术,SiC整流器的耐管及晶闸管。压一般只能达到理论值的50%～80%左右。因211SiC二极管整流器件此为了进一步提高耐压值,采用结终端技术是1987年Shiahara等人通过CVD技术研制很有必要的。目前一般采取在
