應(yīng)用分享｜少子壽命測試儀(MDP)在碳化硅材料質(zhì)量評(píng)估中的應(yīng)用

在半導(dǎo)體材料科學(xué)領(lǐng)域，碳化硅（SiC）作為一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，近年來因其高性能而備受關(guān)注。SiC以其高硬度、高抗壓強(qiáng)度、高熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的半導(dǎo)體特性，在大功率器件、高溫環(huán)境應(yīng)用以及裝甲陶瓷等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。特別是在高壓器件中，SiC已成為硅（Si）的有力競爭對(duì)手，其性能的提升對(duì)于推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

然而，SiC材料的質(zhì)量評(píng)估是確保其在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮高性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。少數(shù)載流子壽命（Minority Carrier Lifetime），作為衡量半導(dǎo)體器件性能的基本參數(shù)之一，對(duì)于SiC材料的質(zhì)量評(píng)估尤為重要。少數(shù)載流子壽命的長短直接影響到器件的效率和可靠性，特別是在高壓、高溫等工作條件下。

為了準(zhǔn)確評(píng)估SiC材料的質(zhì)量，德國Freiberg Instruments公司開發(fā)了多種表征和測試方法。其中，微波檢測光電導(dǎo)率（MDP，Microwave Detected Photoconductivity）作為一種無接觸、無破壞的檢測技術(shù)，在SiC材料的質(zhì)量評(píng)估中展現(xiàn)出的優(yōu)勢。MDP技術(shù)通過測量材料在光激發(fā)下的光電導(dǎo)率變化，能夠直接反映材料的載流子壽命，進(jìn)而評(píng)估材料的缺陷情況和整體質(zhì)量。

碳化硅材料質(zhì)量評(píng)估：通過少子壽命檢測，可以評(píng)估碳化硅材料的整體質(zhì)量，包括缺陷分布、雜質(zhì)含量等。這有助于篩選出高質(zhì)量的碳化硅材料，提高器件的成品率和性能。

在4H-SiC外延生長過程中進(jìn)行(Al + B)摻雜，研究了摻雜Al和(Al + B)的p型外延層中的少數(shù)載流子壽命，來獲得品質(zhì)優(yōu)良的碳化硅(SiC)基功率器件。

(a) 不同Al濃度外延層中的少數(shù)載流子壽命, (b) 不同 B濃度的(Al + B)摻雜外延層中的少數(shù)載流子壽命。外延層的Al濃度為 ～5 × 1017 cm?3。

證明了具有Al和B摻雜可調(diào)節(jié)p型4H-SiC外延層中的少子壽命。并發(fā)現(xiàn)一種通過對(duì)4H-SiC基IGBTs采用微量摻雜Al來防止雙極退化的方法1。 

缺陷分析：通過少子壽命技術(shù)可以進(jìn)行缺陷調(diào)查。這對(duì)于評(píng)估SiC材料的質(zhì)量和穩(wěn)定性具有重要意義

利用微波檢測光電導(dǎo)衰減(MDP)評(píng)估了厚的輕摻雜n型4H-SiC外延層的自由載流子壽命。從而獲得和缺陷中心的相關(guān)性。

測量的少子壽命與4H-SiC樣品中的Z1/2缺陷中心和EH6/7中心濃度之間的關(guān)系。

可以看到載流子壽命與Z1/2中心和EH6/7中心的相關(guān)性。有必要研究載流子壽命與外延層厚度、晶體缺陷和其他深能級(jí)（如空穴陷阱）的相關(guān)性2。

相關(guān)應(yīng)用未完待續(xù)～

參考文獻(xiàn)：

[1] Murata, K. , et al. "Carrier lifetime control by intentional boron doping in aluminum doped p-type 4H-SiC epilayers." Journal of Applied Physics 129.2(2021):025702-.

[2] Tawara, Takeshi, et al. "Evaluation of Free Carrier Lifetime and Deep Levels of the Thick 4H-SiC Epilayers." Materials Science Forum (2004).