大阪大學利用一種獨創的「高溫稀釋氫熱處理」兩段式工法,成功在提升碳化矽(SiC)金屬氧化物半導體(MOS)元件性能的同時,大幅改善其可靠性。
SiC功率元件具有高效率、低損耗、高耐壓及耐高溫等優異特性,已廣泛應用於電動車(EV)、鐵道及各類工業設備。過去為了進一步改善SiC功率元件的特性,常見的方法是導入氮等異種雜質。然而,當雜質導入於氧化膜之後,卻會導致元件可靠性下降。
大阪大學採用高溫稀釋氫熱處理方法,證明即使不使用氮或硼等異種雜質,也能同時改善SiC MOS元件的特性與可靠性。具體而言,研究團隊在絕緣膜沉積的前後分別進行2次、溫度達1,200℃以上的稀釋氫熱處理,透過此類「兩段式氫熱處理」顯著提升載流子遷移率及與靠性。
大阪大學亦利用此手法試作SiC MOS元件,並測量其通道遷移率。一般透過單純氧化處理(不摻雜雜質)所形成的絕緣膜,遷移率僅有2~3 cm²/V·s。而利用此次開發的兩段式氫熱處理工法,遷移率提升至17.2 cm²/V·s,改善幅度達5倍以上。
研究團隊同時也測試在閘極加上應力電壓時,SiC MOS元件的平帶電壓(Flat Band Voltage)變動情況。結果顯示,採用新工法製作的SiC MOS元件無論在正向或負向電壓耐性方面,其電壓變動均顯著優於一般以氮摻雜方式製作的SiC MOS元件,證實其可靠性獲得明顯提升。