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新型4H-SiC功率MOSFET器件研究
摘要：
近年来，4H-SiC功率MOSFET器件在能源、航空航天、高速列车和电动汽车等领域中被广泛研究和应用。该器件主要由基底、漏极、栅极和源极四部分构成，其中4H-SiC作为基底材料具有优异的物理、化学和电学性质，能够满足高功率、高频率和高温度应用的需求，同时具有高击穿电场、高载流子迁移率和低电阻等优势。本文主要围绕4H-SiC功率MOSFET器件的结构、性能、制备和应用展开综述，以期为相关研究和开发提供一定的参考依据。
关键词：4H-SiC功率MOSFET器件；基底；漏极；栅极；源极
1.简介
近些年来，随着科技的不断发展和人们对环境保护和节能的不断追求，4H-SiC功率MOSFET器件作为一种新型半导体器件，在诸多领域中得到了广泛的关注和应用[1]。该器件具有优异的物理、化学和电学性质，能够满足高功率、高频率和高温度应用的需求，并具有高击穿电场、低电阻、高载流子迁移率等优势，因此在航空航天、能源、高速列车和电动汽车等领域中被广泛应用[2-4]。
2.4H-SiC功率MOSFET器件结构
4H-SiC功率MOSFET器件主要由基底、漏极、栅极和源极四部分组成，其中4H-SiC作为基底材料，并采用金属氧化物半导体场效应管的结构[5]。
（1）基底
在4H-SiC功率MOSFET器件中，4H-SiC作为基底材料具有优异的物理、化学和电学性质，使得器件能够在高功率、高电压和高温度环境下稳定工作，同时其高击穿电场、高载流子迁移率和低电阻等特点也为设备的性能提供了优异的支撑。
（2）漏极
漏极是4H-SiC功率MOSFET器件的重要组成部分，其主要作用是在外加电压作用下将电流输送到外部电路中。通常，MOSFET器件的漏极是由N型（或P型）硅衬底、P型漏极、导通型N型区域和保护金属等组成的。而在4H-SiC功率MOSFET器件中，为了使漏极与栅极之间的电容降低，还需要通过压缩N型区域的长度、减小N型区域的突出高度等方式来优化其结构。
（3）栅极
栅极是4H-SiC功率MOSFET器件的控制电极，主要负责控制漏极与源极之间的电导，从而实现开关功率的控制。在4H-SiC功率MOSFET器件中，栅极主要由金属介电材料和多晶硅组成，通过向栅极施加正向或负向电压来改变当前压来控制漏极与源极之间的电导。
（4）源极
源极是4H-SiC功率MOSFET器件的输出端，其主要作用是在外部电路中与漏极形成电流通路。通常，MOSFET器件的源极是由N型硅材料、导通类型N型区域和多种金属组成的。而在4H-SiC功率MOSFET器件中，为了降低源极与栅极之间的电容并降低电极间的电阻，可以通过掺杂N型区域、改善结晶等方式来优化其结构。
3.4H-SiC功率MOSFET器件性能
4H-SiC功率MOSFET器件具有以下几个显著的性能特点：
（1）高击穿电场
4H-SiC硅材料的击穿电场远高于Si材料，因此该器件能够在高电压条件下工作。
（2）高载流子迁移率
4H-SiC硅材料的载流子迁移率远高于Si材料，使得该器件能够实现高速开关和降低导通电阻。
（3）低电阻
由于4H-SiC硅材料的电阻特性优秀，因此该器件工作时消耗的电功率比Si器件更少。
（4）高温稳定性
4H-SiC硅材料的热容量大、热导率高，因此该器件能够在高温环境下工作，并且具有较低的热丝飘移效应。
（5）高频响应
4H-SiC硅材料的载流子迁移率高和电容的特性好，使该器件能够在高频率下工作。
4.4H-SiC功率MOSFET器件制备技术
4H-SiC功率MOSFET器件的制备技术主要包括SiC晶体生长、膜层制备、器件加工、阻挡氧化膜等多个步骤。其中，SiC晶体生长是整个制备过程中最为关键的一步。
（1）SiC晶体生长
SiC晶体生长主要有两种方法，一种是真空杂化蒸发法，另一种是物质输送法。其中，物质输送法是4H-SiC功率MOSFET器件生产的主要方法，其具有生长速度快、质量稳定、成本低等优点。
（2）膜层制备
膜层制备是4H-SiC功率MOSFET器件制备过程中的重要环节，主要包括SiO2和Si3N4的沉积。常用的制备方法有热氧化法、化学气相沉积法等。
（3）器件加工
器件加工是4H-SiC功率MOSFET器件制备过程的重要组成部分，主要包括化学机械抛光、干法刻蚀等工艺。
5.4H-SiC功率MOSFET器件应用领域
4H-SiC功率MOSFET器件具有高频、高温度、耐高压、耐辐照等优势，因此在许多领域都具有广泛应用前景。
（1）航空航天领域
随着现代航空和航天技术的不断发展，高压、高功率、高温度的电子元器件需求不断增加，如空调系统、燃油喷射器控制、动力转换等。4H-SiC功率MOSFET器件是满足这类电子元器件需求的一个良好选择。
（2）电动汽车及混合动力