應用分享｜少子壽命測試儀(MDP)在碳化硅材料質量評估中的應用

在半導體材料科學領域，碳化硅（SiC）作為一種寬帶隙半導體材料，近年來因其高性能而備受關注。SiC以其高硬度、高抗壓強度、高熱穩定性和優異的半導體特性，在大功率器件、高溫環境應用以及裝甲陶瓷等領域展現出巨大的潛力。特別是在高壓器件中，SiC已成為硅（Si）的有力競爭對手，其性能的提升對于推動相關技術的發展具有重要意義。

然而，SiC材料的質量評估是確保其在實際應用中發揮高性能的關鍵環節。少數載流子壽命（Minority Carrier Lifetime），作為衡量半導體器件性能的基本參數之一，對于SiC材料的質量評估尤為重要。少數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。

為了準確評估SiC材料的質量，德國Freiberg Instruments公司開發了多種表征和測試方法。其中，微波檢測光電導率（MDP，Microwave Detected Photoconductivity）作為一種無接觸、無破壞的檢測技術，在SiC材料的質量評估中展現出的優勢。MDP技術通過測量材料在光激發下的光電導率變化，能夠直接反映材料的載流子壽命，進而評估材料的缺陷情況和整體質量。

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

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

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

證明了具有Al和B摻雜可調節p型4H-SiC外延層中的少子壽命。并發現一種通過對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：通過少子壽命技術可以進行缺陷調查。這對于評估SiC材料的質量和穩定性具有重要意義

利用微波檢測光電導衰減(MDP)評估了厚的輕摻雜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中心濃度之間的關系。

可以看到載流子壽命與Z1/2中心和EH6/7中心的相關性。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（如空穴陷阱）的相關性2。

相關應用未完待續～

參考文獻：

[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).