今天（10月27日），日本京都大学官网宣布，他们成功开发一款沟槽型SiC MOSFET原型，通过独特的方法降低SiC的缺陷，晶体管性能提高了6倍以上。
“三代半风向”曾介绍了京都大学的“独特方法：2020年8月，京都大学和东京工业大学发布了一种独特的SiO2成膜方法，可将界面缺陷减少90%（.点这里.）。根据京都大学的研究，SiC热氧化往往会使界面处出现残留碳，从而导致产生大量缺陷，SiC 与SiO2界面的缺陷是Si与SiO2界面的100倍，这大大限制了SiC晶体管的特性和可靠性。针对这一现象，京都大学开发了一种不产生残留碳的氧化膜制作方法。1、在形成氧化膜之前，通过氢蚀刻去除残留在SiC晶圆表面的缺陷。2、在SiC晶圆的表面上沉积一层20-30nm的硅薄膜，然后在750°C的低温下进行氧化，从而可将硅薄膜转换为SiO2薄膜（40-50 nm），因此不需要900℃氧化，也就不会氧化SiC。3、在SiC MOSFET的批量生产中，界面的氮化通常需要使用一氧化氮，但SiC会被一氧化氮所氧化，从而产生新的缺陷。为此，京都大学通过N2气来提高界面质量。1、能够将缺陷密度从原来的1.3 x 1011 cm-2减少到了1.2 x 1010 cm-2，大约降低90%，这意味着SiC的性能提高了10倍；2、SiO2膜介电击穿强度达到10MV/cm，与传统硅基MOSFET氧化膜相同。3、以600V或1200V的SiC MOSFET为例，导通电阻可降低25％-35％，亦即65％-75％的芯片尺寸就可以实现相同的额定电流，器件成本可降低约30％。
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性能提高600%，成本降低60%
这项技术公布后，京都大学团队收到这样的咨询：“这项技术是否对沟槽型SiC同样有效？”沟槽型被认为是最有希望提升SiC MOSFET性能的结构，许多制造商都在使用沟槽型。而沟槽型SiC MOSFET的SiC/SiO2界面形成在沟槽的侧壁上，因此提高侧壁的特性，是提高沟槽型SiC MOSFET性能的关键。在SiC晶体中，与(0001)面垂直的是“Si面”，“Si面”分为“A面”和“M面”2种。在沟槽型SiC MOSFET中，越来越多的制造商将M面用作侧壁。京都大学运用上述独特的氧化膜方法，制备了沟槽型SiCMOSFET。结果发现，Si面缺陷从原来的5.1x 1010 cm-2降至2.2 x 1010 cm-2，但A面缺陷降至1.2 x 1010cm-2，M面降至0.8 x 1010cm-2。在通道迁移率方面，采用京都大学独特方法，在A面上创建的SiC MOSFET 的沟道迁移率为 131 cm2/ Vs，该值是传统方法、Si面SiC MOSFET的6倍以上，是采用京都大学方法、Si面SiC MOSFET的3倍以上。与采用传统方法的A面（或M面）SiC MOSFET相比，通过使用添加高浓度杂质（铝）的P型SiC，在A面或M面上创建SiC MOSFET，京都大学实现了6至80倍的性能提升。最重要的是，京都大学评估后发现，这种方法“不会显著增加成本”，也无需特殊设备或昂贵的原材料，尽管会多一些工艺。而且，由于沟道迁移率提高了6至80倍，因此600 V SiC-MOSFET的沟道电阻仅为现有产品的1/6以下。当与其他电阻元件结合时，整个SiC MOSFET的导通电阻可以降低一半左右，因此在额定电流相同的情况下，芯片尺寸可以减半，这将降低约60%的成本。
