为了优化4H-SiC器件性能，尤其是垂直导电型功率MOSFET的导通电阻和阻断特点，对n型掺杂剂的活化行为进行系统商酌至关舛误。现在，氮和磷是4H-SiC中常用的n型掺杂元素，其活化率、电离能及温度依赖性胜仗影响器件的电学性能。笔据筹商文件，本文比拟了氮与磷在4H-SiC中的掺杂活化行为，并探讨了高浓度掺杂与离子注入对材料电学性能的影响。

1. 4H-SiC中氮与磷的掺杂活化对比

Das等东谈主通过霍尔测量和四点探针法系统比拟了4H-SiC中氮和磷在不同掺杂浓度下的电学特点。商酌发现，在悉数测试温度下，磷掺杂样品的电阻率均高于氮掺杂样品，且跟着温度升高，两者电阻率均下落，标明存在不皆备电离表象。

图1 （a）氮与磷电阻率、（b）载流子浓度随温度变化

进一步分析标明，氮的活化率约为90%，而磷仅为约60%，见图2（b）。此外，通过双能级电荷中性模子索求的电离能表露，氮在六见识和立见识的电离能均低于磷，讲明氮在4H-SiC中具有更高的电学活性。该商酌还指出，载流子搬动率在低温下受杂质散射主导，在300 K隔邻达到峰值，高温下则受声子散射影响而下落，见图2（a）。

伸开剩余80%

图2（a）霍尔搬动率随温度变化；（b）活化掺杂浓度与注入浓度相干

2. SiC晶片高浓度磷掺杂的活化与别离特点

Spera等东谈主商酌了高浓度磷注入（约1×10²⁰ cm⁻³）后的活化行为。霍尔测量表露，电子浓度在300–500K边界内实在不随温度变化，标明材料已参加简并态，无法使用传统中性方程拟合活化率。

图3 a）薄层电阻、b）电子密度随温度变化

通过扫描电容显微镜与霍尔成果聚拢校准，商酌者们索求了活性磷的深度别离，发现其与SIMS化学别离在上层和尾部基本一致，但在70–160nm深度边界内出现一个平台区，活性浓度约为8.5–9×10¹⁹ cm⁻³（图4）。该平台区的存在被归因于注入提示劣势导致的不皆备活化。

图4 SCM活性磷别离与SIMS对比

此外，该团队还商酌了Ni₂Si欧姆来回的电流传输机制，发现其适合热电子辐照模子，拟合得回的界面处掺杂浓度为8.5×10¹⁹cm⁻³，与扫描电容显微镜（SCM）成果高度一致。

图5 比来回电阻随温度变化及TFE拟合

3. 离子注入对碳化硅晶体质地与掺杂活化的影响

Gelineau等学者商酌了氢离子注入对4H-SiC晶体质地与掺杂活化的影响。拉曼光谱和RBS分析标明，H⁺注入会引入晶格毁伤，并在低温退火（<600°C）下冉冉规复。

图6拉曼谱与RBS毁伤规复

XRD reciprocal space mapping表露，1300°C退火后，退换层的晶格参数与体材料一致，标明晶体质地皆备规复。然则，电学测量标明，即使在1300°C退火后，退换层仍为绝缘气象，讲明掺杂剂尚未激活。

图7 不同温度退火后，（0004）4H-SiC Bragg峰的XRD-RSM图

进一步商酌发现，掺杂剂的再活化发生在1400°C至1700°C之间，与氮注入的激活温度边界一致。拉曼LOPC款式分析标明，1700°C退火后，退换层规复了原有的掺杂浓度与电导率。

图8 注入和退换4H-SiC的电激活：（a）从室温到1900°C的LOPC款式位置；（b）1200°C至1900°C之间的相应活性浓度

这些系统性的商酌为4H-SiC功率器件的掺杂工艺窗口采取、TCAD仿真模子的校准以及低阻欧姆来回的打算提供了至关舛误的践诺依据与表面支握。厦门中芯晶研看成专科的半导体材料供应商，提供包括氮掺杂4H-SiC晶片，并握续怜惜掺杂工艺的基础商酌，以确保材料性能骄气**器件需求。

参考文件：

[1] Das S, Lichtenwalner D J, Dixit H, et al. Dopant Activation Comparison in Phosphorus and Nitrogen Implanted 4H-Silicon Carbide[J]. Solid State Phenomena, 2024, 359: 35-39.

[2] Spera M, Greco G, Severino A, et al. Active dopant profiling and Ohmic contacts behavior in degenerate n-type implanted silicon carbide[J]. Applied Physics Letters, 2020, 117(1).

[3] Gelineau G体育集锦, Widiez J, Rolland E, et al. Evaluation of Crystal Quality and Dopant Activation of Smart CutTM-Transferred 4H-SiC Thin Film[C]//Materials Science Forum. Trans Tech Publications Ltd, 2023, 1089: 71-79.

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