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应用分享 | 电阻率测试对碳化硅半导体的意义

浏览次数:199发布日期:2024-02-28

随着全球对能源需求的不断增加,特别是在电动或混合动力汽车和可再生能源管理这些领域,人们越来越注重以较低的电力消耗为目标,因此能在高频、高温、高压环境下工作的第三代半导体材料碳化硅(SiC)逐渐受到了广泛的关注。目前碳化硅产业已成为全球范围内一个新兴的高技术行业,涵盖了材料、器件、模块以及应用等多个方面的产业链。

然而,在生产和制备过程中应怎样确保SiC的稳定性和工作效率呢?较基础、高效的方式就是准确测量它们的电阻率或电导率。按照掺杂后SiC的电阻率来分类,碳化硅衬底主要有导通型衬底和半绝缘衬底两种,如下图所示。

 

导电型SiC衬底可以利用N和Al作为掺杂剂来实现N型和P型的导电性。目前市场上的主要产品是N型的,其电阻率处于0.015~0.030mΩ·cm的区间内。可通过在导电型碳化硅基底上制作碳化硅同质外延片来制造肖特基二极管、MOSFET等功率器件,这些器件在新能源汽车、轨道交通和大功率输电变电等多个领域应用。由于导通型碳化硅衬底具有低电阻率,它特别适合用于垂直型功率器件的制造,其主要目标是减少串联电阻并降低功率损耗。

与导电衬底不同,半绝缘型SiC衬底电阻率则需要高于105Ω·cm(国际上高于108 Ω·cm)。通过在半绝缘衬底上生长氮化镓(GaN)外延层制得碳化硅基氮化镓外延片。而后可进一步制成HEMT等微波射频器件,半绝缘衬底相对具有较高的电阻率,多用于横向高频器件制造中,用来减小寄生阻抗,在5G通讯和新一代智能互联、器件上具备广阔的应用空间。

因此,通过测量SiC衬底的电阻率可以快速判断其适用于制备成何种器件。现阶段常用的电阻率测试方法包括:四探针法、范德堡法、非接触式电容技术以及非接触式涡流法等。 

资料来源:Electrical characterization and modeling of SiC IC test structures和天科合达招股说明书等。 

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