在SiC材料中獲取二維電子氣的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種二維電子氣的獲取方法，尤其是涉及一種用于SiC材料二維電子 氣的獲取方法。
【背景技術】
[0002] 第三代半導體碳化硅（SiC)是一種具有優(yōu)良的物理特性、電學特性的寬禁帶半導 體材料。它具有寬帶隙、高擊穿場強、高熱導率等特點，因此非常適合于研制高溫、大功率、 高頻電力電子器件。
[0003] SiC是目前唯一可以氧化形成5102的化合物半導體，然而在SiC和SiO2W面存在 著很高的界面態(tài)密度。這主要是由于器件柵氧化物是通過氧化SiC形成的，在氧化過程中， SiC中的C元素部分氧化形成CO和CO2，在柵氧化物與SiC基底之間留下較多界面態(tài)，剩余 一些C元素未能氧化，形成了 C團簇，使得柵氧化物與SiC基底界面質量不如SiO2與SiC 高。這些界面態(tài)不僅減少了 SiC基MOS器件溝道中導電載流子，同時會形成散射中心進一 步降低溝道迀移率，使得器件的導通電阻高，工作頻率低。即使存在如JFET類的器件來避 免MOS界面，但由于SiC中雜質的擴散系數(shù)非常低，多采用離子注入的方法對其摻雜，注入 離子的激活溫度相當高，這都會造成較大的晶體損傷因而迀移率并不是足夠高。這就需要 尋找一種新的基于SiC的載流子導電界面，使得能產生高密度、高迀移率的溝道載流子。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，提供一種在SiC材料中獲取二維電子氣的方法，其是針對目 前傳統(tǒng)的SiC基MOS器件界面態(tài)密度高，載流子迀移率低的特點，提出在SiC表面沉積一種 具有高介電常數(shù)、高自發(fā)極化、高臨界電場和晶格匹配的電介質。使得該電介質與SiC之間 通過極化產生高密度的二維電子氣。
[0005] 本發(fā)明的第一實施例提供一種在SiC材料中獲取二維電子氣的方法，包括如下步 驟：
[0006] 步驟1 :取一晶面為（0001)的SiC襯底；
[0007] 步驟2 :在晶面為（0001)的SiC襯底上制作晶面為（0001)的AlN層。
[0008] 本發(fā)明的第二實施例提供一種在SiC材料中獲取二維電子氣的方法，包括如下步 驟：
[0009] 步驟1 :取一晶面為(〇0〇?)的SiC襯底；
[0010] 步驟2 :在晶面為(000?)的SiC襯底上制作晶面為（0001)的AlN層。
[0011] 本發(fā)明的第三實施例提供一種在SiC材料中獲取二維電子氣的方法，包括如下步 驟：
[0012] 步驟1 :取一晶面為（0001)的SiC襯底；
[0013] 步驟2 :在晶面為（0001)的SiC襯底上制作晶面為（0001)的AlN層；
[0014] 步驟3 :在晶面為（0001)的AlN層上制作晶面為（0001)的AlxGa1 XN層。
[0015] 本發(fā)明的第四實施例提供一種在SiC材料中獲取二維電子氣的方法，包括如下步 驟：
[0016] 步驟1 :取一晶面為（0001)的SiC襯底；
[0017] 步驟2 :在晶面為（0001)的SiC襯底上制作晶面為(〇〇〇?)的AlN層；
[0018] 步驟3 :在晶面為(000?)的AlN層上制作晶面為（〇〇〇?)的AlxGa1 XN層。
[0019] 本發(fā)明的第五實施例提供一種在SiC材料中獲取二維電子氣的方法，包括如下步 驟：
[0020] 步驟1 :取一晶面力（〇(>〇 1)的SiC襯底；
[0021] 步驟2 :在晶面為(〇〇〇?)的SiC襯底上制作晶面為（0001)的AlN層；
[0022] 步驟3 :在晶面為（0001)的AlN層上制作晶面為（0001)的AlxGa1 ΧΝ層。
[0023] 本發(fā)明可以用在SiC基開關器件的制造，與已有的SiC基場效應晶體管相比，提尚 了溝道載流子的迀移率，從而降低器件的通態(tài)電阻，減小功耗。
【附圖說明】
[0024] 為進一步說明本發(fā)明的技術內容，以下結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細 描述，其中：
[0025] 圖1是本發(fā)明實施例1的結構示意圖；
[0026] 圖2是本發(fā)明實施例2的結構示意圖；
[0027] 圖3是本發(fā)明實施例3的結構示意圖；
[0028] 圖4是本發(fā)明實施例4的結構示意圖；
[0029] 圖5是本發(fā)明實施例5的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0030] (1)在SiC襯底材料之上可以有以下幾種薄膜組合：（a)AlN(b)AlNAlxGa 1 ΧΝ薄 膜。根據(jù)纖鋅礦結構自發(fā)極化和壓電極化特性，AlxGalxN材料的晶格常數(shù)小于SiC襯底的， 即Al xGa1 ΧΝ材料生長在SiC材料上受到壓應力產生與本身自發(fā)極化相反向的壓電極化，而 襯底材料的壓電極化為〇。兩種材料在界面處會由于極化強度的變化產生極化感應電荷，其 計算公式如下：
[0031 ] P = - {[Psp (AlxGa1 XN) +Ppe (AlxGa1 ΧΝ) ] - [Psp (SiC) +Ppe (SiC) ]}
[0032] Psp和Ppe分別是相應材料的自發(fā)極化和壓電極化。
[0033] (2)根據(jù)（1)中的計算公式，兩種材料的界面處需形成正的極化面電荷才能吸引 二維電子氣到異質結的勢阱中，由于材料之間的極化方向和大小不同，材料的生長需滿足 一定的晶面取向。即Al (Ga)面的AlxGalxN材料生長在（0001)面的SiC襯底上；或者Al 組份小于0. 6左右的N面的AlxGa1 XN材料生長在（0001)面SiC襯底上；或者Al組份大于 0. 6左右的Al (Ga)面的AlxGa1 XN材料生長在(〇〇:β?)面SiC襯底上。
[0034] 現(xiàn)結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步陳述：
[0035] 實施例1
[0036] 請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種在SiC材料中獲取二維電子氣的方法，包括如下 步驟：
[0037] 步驟1 :取一晶面為（0001)的SiC襯底1，該晶面為（0001)的SiC襯底1是具有 六方纖鋅礦的晶體結構，所述晶面為（0001)的襯底1是零偏角的晶面；
[0038] 步驟2 :在晶面為（0001)的SiC襯底1上制作晶面為（0001)的AlN層2。
[0039] 其中SiC襯底1為半絕緣的材料，厚度為3-10 μ m，AlN層2厚度為5nm-50nm，可 作適當?shù)摩切蛽诫s來補償兩種材料界面處二維電子的損失。沉積材料采用的生長方法可以 是化學氣相沉積、物理氣相沉積、原子層沉積的一種。
[0040] 實施例2
[0041] 請參閱圖2所示，本發(fā)明提供一種在SiC材料中獲取二維電子氣的方法，包括如下 步驟：
[0042] 步驟1 :取一晶面為(00? ? )的SiC襯底1，該晶面為(〇(丨〇 ?)的SiC襯底1，是具有 六方纖鋅礦的晶體結構，所述晶面為(0001)的SiC襯底1，是零偏角的晶面；
[0043] 步驟2 :在晶面為(〇〇〇1)的SiC襯底1，上制作晶面為（0001)的AlN層2。
[0044] 其中SiC襯底1，為半絕緣的材料，厚度