4H-SiC表面形貌与铝离子注入活化研究

"这篇科研论文主要探讨了铝离子(Al+)注入4H-SiC(0001)外延层后的表面形貌变化和离子激活过程。通过使用石墨封装进行活化退火，研究人员观察到了Al+掺杂盒型分布，并且实现了高达78%的离子活化率。在1600°C下进行40分钟的水平化学气相沉积(CVD)退火处理，显著减少了Al2O3的形成，从而抑制了阶梯聚束效应。经过处理的4H-SiC表面呈现出平滑特性，平均表面粗糙度(RMS)约为1.16纳米，证明了这种表面保护技术在4H-SiC功率器件制造中的实用性。" 本文研究的核心内容集中在4H-SiC半导体材料的改性上，具体是通过铝离子注入来实现。4H-SiC是一种宽禁带半导体材料，具有优异的高温、高频和大功率电子性能，因此在电力电子和微波器件中有广泛的应用潜力。Al+离子注入是向材料中引入杂质原子的一种方法，可以改变材料的电学性质，例如提高其导电性。 在实验过程中，多能级的Al+离子被注入到4H-SiC的外延层中，这会导致材料内部的结构变化和掺杂分布。测量结果显示，形成了Al+掺杂的盒型分布，意味着Al+离子在特定深度范围内均匀分布，这对于控制和优化器件的性能至关重要。随后，通过石墨封装进行的活化退火工艺进一步提高了离子的激活效率，达到78%，这意味着大部分注入的Al+离子已经变成了有效的电荷载流子。 在传统的高温后植入活化退火(PIA)过程中，常常会出现阶梯聚束效应，这可能导致表面不平整和缺陷的增加。然而，采用CVD退火处理和石墨封装层，成功地抑制了这一现象，使得4H-SiC的表面形貌得到改善，表面粗糙度降低，这对制造高质量的功率器件是非常有利的。一个平滑的表面不仅能够减少器件的漏电流，提高工作效率，还能降低制造过程中的缺陷，提高器件的可靠性和寿命。 这项研究为4H-SiC功率器件的制造提供了一种有效的表面处理和离子注入技术，通过优化工艺参数，可以提高材料性能并减少潜在的工艺问题。这为未来4H-SiC半导体在电力电子领域的广泛应用奠定了坚实的基础。