碳化硅半导体材料与器件
作者：（美）迈克尔·舒尔 著
出版时间：2012年
内容简介
　　《碳化硅半导体材料与器件》是一本系统介绍碳化硅半导体材料及器件的专著，主要论述了SiC材料与器件中的相关基础理论，内容包括：SiC材料特性、SiC同质外延和异质外延、SiC欧姆接触、肖特基势垒二极管、大功率PiN整流器、SiC微波二极管、SiC晶闸管、SiC静态感应晶体管、SiC衬底材料生长、SiC深能级缺陷、SiC结型场效应晶体管，以及SiC BJT等。书中涉及SiC材料制备、外延生长、测试表征、器件结构与工作原理、器件设计与仿真、器件关键工艺、器件研制与性能测试，以及器件应用等多个方面。在论述这些基础理论的同时，重点总结了近年来SiC材料与器件的主要研究成果，以及今后的发展趋势。
目录
第1章碳化硅材料特性1
1.1SiC材料基本特性1
1.2SiC材料的多型体2
1.3SiC能带结构和有效质量2
1.4SiC材料的热特性5
1.5掺杂和自由载流子电荷7
1.5.1浅施主和电子9
1.5.2浅受主和空穴13
1.6SiC材料掺杂物扩散14
1.7SiC杂质的导电性15
1.8SiC材料少数载流子寿命18
1.9SiC/SiO2界面特性20
参考文献24
第2章碳化硅同质及异质外延32
2.1SiC外延生长技术32
2.2SiC同质外延生长32
2.2.1蒸发生长技术33
2.2.2分子束外延34
2.2.3液相外延35
2.2.4CVD生长技术35
2.2.5外延层缺陷38
2.3SiC异质外延生长44
2.4总结48
参考文献48
第3章碳化硅欧姆接触57
3.1金属—半导体接触58
3.2比接触电阻60
3.3n型SiC欧姆接触62
3.3.1Ti和Ta基欧姆接触64
3.3.2Ni基欧姆接触65
3.3.3硅化物接触的界面形貌68
3.3.4键合技术69
3.4p型SiC欧姆接触70
3.4.1Al/Ti接触71
3.4.2Al/Ti接触的替代物73
3.5SiC欧姆接触的热稳定性75
3.6SiC欧姆接触发展新趋势77
3.7总结78
参考文献80
第4章碳化硅肖特基二极管86
4.1碳化硅肖特基接触86
4.1.1碳化硅肖特基接触理论86
4.1.2不同金属与SiC接触的势垒高度88
4.2高压SiC SBD,JBS和MPS二极管95
4.2.1SiC SBD新技术96
4.2.2SiC SBD终端技术97
4.2.3SiC SBD反向漏电流98
4.2.4SiC SBD正向压降102
4.3肖特基二极管在功率电路中的应用104
4.3.1功率二极管的重要性与硅极限104
4.3.2功率电路中半导体器件的损耗105
4.3.3商业化SiC和Si二极管静态性能比较106
4.3.4商业化SiC和Si二极管动态特性比较107
4.4SiC SBD的其他应用110
4.4.1SiC SBD气敏传感器110
4.4.2SiC SBD微波应用111
4.4.3SiC SBD紫外探测器111
4.5SiC SBD未来发展的挑战113
4.5.1总结113
4.5.2SiC SBD发展趋势和挑战114
参考文献115
第5章碳化硅功率PiN二极管126
5.1PiN二极管的设计及工作原理127
5.1.1高击穿电压外延层设计127
5.1.2SiC PiN二极管终端设计128
5.1.3载流子寿命与二极管开态压降128
5.1.4 SiC PiN二极管载流子寿命测试130
5.1.5超高电流密度PiN二极管132
5.2PiN二极管实验134
5.2.1PiN二极管特性测量134
5.2.2PiN二极管的制造过程134
5.2.35kV PiN二极管135
5.2.49.0mm2，10kV 4H?SiC PiN二极管139
5.3 SiC二极管成品率和可靠性141
5.3.1 SiC二极管成品率限制因素141
5.3.2 SiC PiN二极管正向电压的退化141
5.4总结146
参考文献146
第6章碳化硅微波应用149
6.1SiC二极管微波应用149
6.2SiC点接触探测器150
6.3SiC变容二极管151
6.4SiC肖特基混频二极管153
6.5SiC PiN微波二极管157
6.6SiC IMPATT二极管160
6.7总结167
参考文献168
第7章碳化硅晶闸管172
7.1引言172
7.2晶闸管的导通过程172
7.2.1低压晶闸管的导通过程172
7.2.2高压晶闸管的导通过程175
7.2.3晶闸管的光触发导通182
7.3稳态电流—电压特性183
7.3.1低压晶闸管稳态电流—电压特性183
7.3.2高压晶闸管稳态电流—电压特性185
7.3.3SiC电子—空穴散射（EHS）189
7.4关断特性191
7.4.1传统的晶闸管关断模式191
7.4.2场效应管（FET）控制GTO关断模式194
7.5频率特性198
7.6临界电荷200
7.6.1低压晶闸管的临界电荷201
7.6.2高压晶闸管中的临界电荷202
7.6.34H?SiC基晶闸管的临界电荷205
7.7结论208
参考文献209
第8章碳化硅静电感应晶体管215
8.1静电感应晶体管发展历史215
8.2静电感应晶体管结构216
8.2.1SIT器件结构布局图217
8.2.2SiC SIT器件特性优化219
8.2.3肖特基和离子注入SiC SIT220
8.2.4静电感应晶体管栅结构221
8.2.5垂直型FET结构222
8.2.6常开型和常关型SIT设计223
8.3静电感应晶体管I?V特性223
8.3.1类五极管模式223
8.3.2类三极管模式224
8.3.3复合模式227
8.3.4双极模式229
8.4静电感应晶体管的应用230
8.4.1SiC静电感应晶体管高RF脉冲功率放大230
8.4.2SiC SIT高射频连续波功率放大231
8.4.3SiC SIT功率转换232
8.5总结234
参考文献234
第9章SiC衬底生长240
9.1引言240
9.2SiC体材料生长240
9.2.1物理气相传输240
9.2.2升华外延241
9.2.3液相外延242
9.2.4高温化学气相淀积242
9.3晶向243
9.4晶体直径的增长243
9.5衬底缺陷244
9.5.1晶型稳定性244
9.5.2微管245
9.5.3小角晶界248
9.5.4位错250
9.6SiC掺杂251
9.7用于微波器件的SiC衬底252
9.7.1浅能级252
9.7.2深能级253
9.7.3HPSI材料现状254
9.8切片与抛光254
9.8.1切片255
9.8.2抛光255
9.9衬底成本256
9.10结论257
参考文献257
第10章碳化硅中的深能级缺陷260
10.1引言260
10.2SiC中深能级的参数260
10.2.1SiC中的主要掺杂260
10.2.2SiC中其他类型的杂质能级263
10.2.3碳化硅中的本征缺陷267
10.2.4SiC的辐照掺杂270
10.3杂质对碳化硅外延层生长的影响273
10.3.1碳化硅异质外延273
10.3.2SiC竞位外延274
10.4碳化硅中的深能级及其复合过程275
10.4.16H?和4H?SiC pn结结构中的深能级及辐照复合275
10.4.2深能级对6H?SiC pn结结构中少子扩散长度和少子寿命的影响277
10.4.3SiC pn结结构中的深能级以及击穿电压的负温度系数278
10.5结论280
参考文献282
第11章SiC结型场效应晶体管295
11.1引言295
11.1.1历史回顾295
11.1.2SiC JFET的半导体物理基础296
11.1.3正向导通还是正向截止299
11.2横向SiC?JEFT300
11.3垂直JFET（VJFET）301
11.3.1完全的VJFET301
11.3.2具有横向沟道的VJFET303
11.3.3限流器306
11.4基于SiC VJFET的功率开关307
11.4.1共源共栅方法307
11.4.2单模VJFET308
11.4.3SiC VJFET的应用309
11.4.4高温工作309
参考文献311
第12章SiC BJT313
12.1引言313
12.2品质因数314
12.3双极型功率晶体管315
12.3.1双极型晶体管（BJT）316
12.3.2达林顿管326
12.4商业化面临的挑战329
参考文献329