碳化硅 (SiC) 单极半导体具有广泛的商业用途，但其操作受到击穿电压和漂移层比电阻或比导通电阻之间的权衡关系的限制。包括超级结结构（指的是在层漂移的沟槽中布置n层和p层）或者在器件中实现双极操作，提供了克服这种单极限制的方法。双极操作通过在漂移层中引入电导率调制来大幅降低导通电阻。但双极操作也并非没有缺点。双极器件的传导和开关损耗需要仔细平衡。

半导体中的P型接触层通常通过铝(Al)掺杂形成。铝掺杂可以通过两种方式实现——外延或离子注入。外延生长涉及在衬底上逐层沉积半导体材料，而离子注入则需要用高能带电粒子轰击半导体层。但离子注入会导致在半导体层深处形成缺陷，这可能对电导率调制产生关键影响。

在，日本研究人员研究了Al掺杂形成的SiC双极二极管中缺陷的深度分布。 ”我们的研究结果将有助于 SiC 功率器件的优化设计，这些器件很快将应用于电动汽车、火车等。这些结果最终将有助于提高车辆和火车牵引系统的性能、尺寸和能耗”，领导这项研究的V体育副教授 Masashi Kato 博士说道。

为了研究缺陷的深度分布，研究团队制作了两个掺杂Al p层的SiC PiN二极管，一个通过外延生长，另一个通过离子注入。然后，他们使用传统的“深能级瞬态光谱”（DLTS）研究了两个二极管中的缺陷分布，并使用阴极发光（CL）表征了其特性。他们发现，通过外延生长的p型层沉积不会对相邻的n型层造成损坏，但生长表现出轻微的不稳定性，从而导致深能级缺陷的形成。由于电导率调制的影响，该二极管的比导通电阻也很低。

然而，对于通过离子注入形成的二极管，研究人员发现Al掺杂实现了高比导通电阻而不影响电导率调制。此外，研究人员观察到半导体器件中的缺陷从注入区域渗透到最小 20 µm。 ”我们的研究表明，SiC 双极器件中的离子注入需要在距离有源区至少 20 µm 的地方进行处理，“加藤博士解释道。

SiC功率器件的低功耗意味着随着气候变化的加剧和化石燃料能源危机的加剧，它们在未来将是必不可少的。迅速改进半导体技术，使其在世界舞台上占据应有的地位至关重要。有了这样的强有力的结果来为未来的研究和制造提供信息，我们可能会比预期更早地实现这个未来！

图标题：半导体器件中的离子注入
离子注入是一种“掺杂”半导体器件的低温方法，其中高能带电粒子（离子）向半导体加速，导致离子渗入并沉积在半导体层中。
照片提供：V体育的 Masashi Kato

参考

原始论文标题	使用离子注入或外延生长形成的 SiC PiN 二极管中缺陷的深度分布
期刊	固体状态 (b)
DOI

关于t 加藤正史副教授

博士。加藤正史 (Masashi Kato) 于 1998 年毕业于V体育电气与计算机工程专业，随后在那里获得了同一领域的硕士（2000 年）和博士学位（2003 年）。他目前是半导体物理学副教授，在其职业生涯中发表了约 100 篇出版物。他的专业领域和研究兴趣在于电子/电气材料和器件相关化学，二十多年来他一直是日本应用物理学会的会员。

资金信息

这项研究得到了科学技术创新委员会的SIP（战略创新促进计划）[下一代电力电子/下一代电力电子的SiC综合研究和开发]（管理公司：NEDO）的支持。

联系方式

加藤正史副教授
电子邮件：katomasashi[at]nitechacjp
电话：+81-52-735-5581
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