подложки, вблизи которых наблюдается нарушение стехиометрического состава (чаще в сторону избытка Si). Увеличение температуры подложки выше данного диапазона приводит к резкому возрастанию доли углерода в пленке вплоть до температуры«отсечки», при которой скорость роста равна нулю.

В условиях стабилизации стехиометрического состава получены структурно-упорядоченные пленки SiC на монокристаллических под-

ложках AlN/Al2O3 (рис. 16).

Пленки SiC, полученные методом ионно-плазменного осаждения, имеют, как правило, высокое значение удельного сопротивления.

Высокая концентрация дефектов в пленке определяет низкую подвижность носителей. Температурная зависимость сопротивления характеризуется практически линейным спадом логарифма сопротивления до температур 600–700 °С.

Представленные результаты демонстрируют, что метод реактивного ионно-плазменного осаждения представляет определенную альтернативу другим высокотемпературным методам нанесения SiC и, как будет показано далее, имеет свою область применения при создании изделий микросистемной техники, хотя и требует дальнейшего развития и совершенствования.

Приборы на основе SiC

Диоды силовой электроники

В настоящее время разработки высокоэффективных источников питания для мощных лазеров и рентгеновского оборудования, а также силовых преобразователей для аппаратуры медико-биологического назначения ведутся с использованием новой компонентной базы силовой электроники. При этом наблюдается устойчивая тенденция замещения кремниевых дискретных силовых компонентов (главным образом диодов) на карбидокремниевые [14].

68

На сегодняшний день на основе карбида кремния выпускаются диоды Шоттки, обладающие явными преимуществами по сравнению с кремниевыми аналогами, к которым можно отнести:

–более высокое напряжение пробоя (существуют промышленные диоды с максимальным обратным напряжением 1700 В [15]);

–высокая температура функционирования (свыше 200 оС кристалл, 175 оС корпус);

–малое (10–9–10–8 с) время восстановления обратного сопротивления при переключениях (рис. 17);

–скорость нарастания тока di/dt (в отличие от кремниевых p–i–n- диодов) не зависит от величины прямого тока и температуры (рис. 17).

Ток, А 10

8

6

4

2

Время, ×10–7 с Рис. 17. Характеристики обратного восстановления диода Шоттки

на основе SiC (Cree 10A, 600 В) и кремниевого диода с быстрым восстановлением (10А, 600 В) при разных температурах [15]

Нами были разработаны экспериментальные образцы диодов с барьером Шоттки на подложках монокристаллического4Н-SiC, полученного в СПбГЭТУ «ЛЭТИ». При изготовлении диодов Шоттки для приборов силовой электроники были использованы эпитакисальные

69

структуры n–n+ на основе карбида кремния модификации4H. Выбор данного политипа обусловлен бóльшей шириной его запрещенной зоны (3,25 эВ для 4Н по сравнению с 3 эВ для 6H) и, как следствие, большими напряжениями пробоя. Толщина эпитаксиального n-слоя, выращенного методом CVD-эпитаксии, составляла 10–12 мкм с концентрацией нескомпенсированных доноров(3–5)1015 см–3. Материалом выпрямляющего электрода был никель. Толщина никелевой пленки составляла 0,1 мкм. Разрез структуры образца диода Шоттки с расширенной металлизацией приведен на рис. 18.

500 мкм

Ni (0,15 мкм)

300 мкм

Al (0,8 мкм)

SiO2 (0,5 мкм)

n-SiC

N+-SiC

Ni (0,1 мкм)

Al (0,8 мкм)

Рис. 18. Структура образца диода Шоттки и фрагмент пластины с диодами

Полученные образцы имели следующие параметры:

–высота барьера Шоттки 1,43 эВ;

–коэффициент идеальности ВАХ в области малых токов 1,12–1,14;

–прямой ток 50–100 мА (при U = 1,7 В);

–напряжение пробоя 700–850 В;

–обратный ток не более 10 нА (при U = 500 В);

–площадь контакта Шоттки 0,07 мм2.

Типичная вольт-амперная характеристика диодной структуры приведена на рис. 19, измерения проводились на пластине (рис. 18). По обратным характеристикам, для такой геометрии электродов, полученные образцы не уступают мировым аналогам.

Очевидно, что для обеспечения высоких значений прямых токов в диодных структурах, необходимо увеличить активную площадь прибора. При этом необходимо учитывать как периферийные, так и объемные

70