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November 2016
Stefan Johannes Noll
Prozessabhängigkeit der Feldeffektbeweglichkeit und Stabilität der Einsatzspannung von 4H-SiC MOS Transistoren
Neue Halbleitermaterialien wie Siliciumcarbid (SiC) haben das Potential, Verluste in leistungselektronischen Systemen stark zu verringern. Bei Siliciumcarbid bestehen jedoch noch die Herausforderungen, MOS Feldeffekttransistoren mit einer hohen Kanalbeweglichkeit und hohen Stabilität der Einsatzspannung herzustellen.
In der hier vorliegenden Arbeit wurden die Prozesseinflüsse auf die Feldeffektbeweglichkeit und Einsatzspannungsstabilität von Siliciumcarbid Transistoren untersucht. Hierzu wurden vier verschiedene kritische Prozesse variiert, welche einen signifikanten Einfluss auf das dotierte Kanalgebiet sowie das Gate-Oxid haben. Zur Analyse wurden klassische Messmethoden weiterentwickelt und für Siliciumcarbid angepasst. Für die Untersuchung der Grenzfläche wurden kapazitätsbasierte Messtechniken so angepasst, dass auch elektrische Zustände weit innerhalb der Bandlücke analysiert werden können. Erstmals konnten dadurch direkt Einsatzspannungsverschiebungen nach negativem Gate-Stress mit dem Umladen von lokalisierten energetischen Zuständen innerhalb der Bandlücke bei Kapazitätsmessungen korreliert werden. Zur Untersuchung der Grenzflächenzustandsdichte am Rande des Leitungsbandes wurden Tieftemperatur-Admittanzmessungen an n-dotierten Kapazitätsstrukturen durchgeführt sowie Ladungspumpenmessungen. Zur Unterscheidung der verschiedenen Einflüsse auf die Beweglichkeit wurde ein Simulationsmodell aufgebaut. Dieses Modell erlaubt eine Simulation der Beweglichkeit einerseits hinsichtlich solcher Effekte, welche durch die Dotierung hervorgerufen werden, und andererseits hinsichtlich solcher Effekte, welche durch die beispielsweise in Grenzflächenzuständen gefangene Ladung oder Hochfeld-Beweglichkeit hervorgerufen werden.
In der hier vorliegenden Arbeit wurden die Prozesseinflüsse auf die Feldeffektbeweglichkeit und Einsatzspannungsstabilität von Siliciumcarbid Transistoren untersucht. Hierzu wurden vier verschiedene kritische Prozesse variiert, welche einen signifikanten Einfluss auf das dotierte Kanalgebiet sowie das Gate-Oxid haben. Zur Analyse wurden klassische Messmethoden weiterentwickelt und für Siliciumcarbid angepasst. Für die Untersuchung der Grenzfläche wurden kapazitätsbasierte Messtechniken so angepasst, dass auch elektrische Zustände weit innerhalb der Bandlücke analysiert werden können. Erstmals konnten dadurch direkt Einsatzspannungsverschiebungen nach negativem Gate-Stress mit dem Umladen von lokalisierten energetischen Zuständen innerhalb der Bandlücke bei Kapazitätsmessungen korreliert werden. Zur Untersuchung der Grenzflächenzustandsdichte am Rande des Leitungsbandes wurden Tieftemperatur-Admittanzmessungen an n-dotierten Kapazitätsstrukturen durchgeführt sowie Ladungspumpenmessungen. Zur Unterscheidung der verschiedenen Einflüsse auf die Beweglichkeit wurde ein Simulationsmodell aufgebaut. Dieses Modell erlaubt eine Simulation der Beweglichkeit einerseits hinsichtlich solcher Effekte, welche durch die Dotierung hervorgerufen werden, und andererseits hinsichtlich solcher Effekte, welche durch die beispielsweise in Grenzflächenzuständen gefangene Ladung oder Hochfeld-Beweglichkeit hervorgerufen werden.
Schlagwörter: SiC; MOSFET; Feldeffektbeweglichkeit; Einsatzspannung
Erlanger Berichte Mikroelektronik
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. H. Ryssel und Prof. Dr. rer. nat. L. Frey, Erlangen
Band 2016,3
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Shaker Verlag GmbH
Am Langen Graben 15a
52353 Düren
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