n型4H-SiC衬底的温度相关电学性质

1. 概述

        需要高质量、低电阻率的n型（氮掺杂）单晶4H-SiC晶片来生长高质量的外延碳化硅层，用于高压功率器件的有源阻挡层。衬底的电阻构成垂直器件的器件电阻的一部分，因此必须充分表征SiC衬底的特性。在这项研究中，研究人员报告了4H-SiC衬底的电学性能作为温度的函数，使用范德波结构通过4点测量来测量电阻率，以及霍尔效应测量载流子浓度和迁移率。研究人员发现，对于典型的衬底掺杂水平，SiC衬底电阻率最低在425K左右，这是由于随着温度的升高，迁移率的降低和载流子浓度的增加之间存在竞争。对5.8×10¹⁸cm^-3氮掺杂SiC衬底提取了N供体（六方/立方位）的测量能级，发现其分别为15meV和105meV。

2. 样品制备

        在这项研究中，研究人员报告了4H-SiC衬底的电学性能作为温度的函数，使用具有样品加热和冷却能力的Ecopia HMS-5500系统，使用范德堡结构测量4点测量的电阻率，以及霍尔效应测量的载流子浓度和迁移率。该研究采用具有不同N含量掺杂的双面抛光150mm SiC晶片（S1：N含量为5.8×10¹⁸ cm^-3；S2：N含量是4.5×10¹⁸ cm^-3），并将150mm SiC晶片切割成的1cm x 1cm的样片进行实验。

        此处显示的SiC样片来自标准离轴4°切割的Si面（0001）晶片。SiC性质预计在该平面内是各向同性的。将具有薄Au帽层的Ni触点（40nm）蒸发到角落上，并在950°C下退火30秒。接触尺寸足够小，不会对霍尔测量值产生很大的影响。

图1 I-V曲线显示了1x1cm² Si面范德堡SiC样片在300K下的欧姆接触行为

图2 具有不同掺杂水平的两个Si面SiC晶片的电阻率与温度的关系

图3霍尔测量的Si面SiC晶片（S1和S2）的载流子浓度

图4 SiC样片（S1）的霍尔载流子浓度与倒数温度的关系

图5 Si面SiC样片（S1和S2）的霍尔迁移率与温度的关系

图6 在200-500K的温度范围内，Si面SiC样片（S1和S2）的霍尔迁移率与自由载流子浓度的关系

3. 结论

        为了获取良好的电子导电性，用于SiC功率器件的衬底是高度N掺杂的。作为温度函数的电阻率和霍尔测量揭示了非线性行为。在高温下，载流子浓度的增加表明在室温下不完全电离；提取了5.8×10¹⁸cm^-3 N掺杂SiC衬底的N供体（六方/立方位）的掺杂能级，发现其分别为15meV和105meV。低温下电阻率的增加是由于杂质散射引起的迁移率降低和自由载流子浓度的降低。这种行为遵循了高掺杂SiC的预期趋势，并且在确定SiC衬底电阻对器件性能的影响时需要考虑这一点。

        更多SiC晶片信息或疑问，请邮件咨询：vp@honestgroup.cn