Charakterisierung von Metall-Oxid-Halbleiter-Strukturen auf der Silicium- und Kohlenstoffseite von 4H-Siliciumcarbid

Die Reduzierung des weltweiten Energiebedarfs ist eine der wichtigsten Herausforderungen unserer Zeit. Die Minimierung der Verlustleistung bei der Umwandlung von elektrischer Energie kann hierzu einen bedeutenden Beitrag liefern. Leistungsbauelemente auf der Basis von Siliciumcarbid (SiC) haben das Potential, die materialabhängigen Grenzen heutiger auf Silicium basierter Leistungsbauelemente zu überwinden und damit erheblich zur Reduzierung der Verlustleistung beizutragen. Obwohl in der SiC Prozesstechnologie große Fortschritte erzielt wurden, gibt es immer noch eine Reihe von Problemen, welche gelöst werden müssen. Die Beweglichkeit der Inversionsladungsträger im n-MOSFET liegt noch weit vom theoretischen Maximum entfernt und hat auch noch keinen zufriedenstellenden Wert erreicht. Eine niedrige Beweglichkeit führt zu einem kleineren Stromfluss und das wiederum zu kleineren Leistungsdichten des Transistors und damit zu höheren Herstellungskosten. Um die Beweglichkeit des MOSFETs zu steigern muss der Oxidationsmechanismus und die Grenzfläche SiC/Isolator intensiver untersucht und verstanden werden. Sowohl die Oxidation selbst als auch die Grenzfläche haben direkten Einfluss auf die Leistung des Transistors. DesWeiteren genügen die SiC-Bauelemente noch nicht den Zuverlässigkeitsanforderungen, zum Beispiel von der Automobilindustrie, und liegen noch ein Stück weit von Silicium-Bauelementen entfernt. Auch hier muss insbesondere der Isolator, welcher der empfindlichste Teil des Schalters ist, und die Grenzfläche SiC/Isolator verbessert werden. Es existieren verschiedene Ansätze um die Beweglichkeit und die Oxidzuverlässigkeit eines MOSFETs zu erhöhen. Auf der einen Seite sind die Hauptvariablen der Oxidation, die Temperatur und die Atmosphäre, welche einen großen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften des Oxides haben. Auf der anderen Seite ist es möglich das Oxid abzuscheiden, um Kohlenstoffansammlungen an der Grenzfläche zu vermeiden. Des Weiteren gibt es die Möglichkeit eine Art Zwitter herzustellen: erst wird das Oxid abgeschieden und im Anschluss oxidiert. Diese Arbeit diskutiert die Vor- und Nachteile der beiden Oxid-Herstellungsmethoden unter Berücksichtigung der sich ergebenden elektrischen Eigenschaften, wie zum Beispiel die Flachbandspannung, die Anzahl der Oxidladungen oder die Grenzflächenzustandsdichte, und der Oxidzuverlässigkeit auf der Silicium- und Kohlenstoffseite von Siliciumcarbid.