最高享18%加赠+10W算力 预存
Document
当前位置:文库百科 › 文章详情
GaN和SiC的深能级,测得到却认不出是谁?
来源: 时间:2026-10-10 11:38:16 浏览:576次

第三代半导体这几年的关键词是国产化。衬底、外延、器件、产能都在往上爬。爬到一定阶段,卡良率的不再是设备,是缺陷。

同样一套工艺,不同批次的深能级信号时有时无。DLTS测到陷阱能级,论文里只能写E1、E2、Z1/2这些编号,说不清每个编号背后是哪种缺陷构型。工艺工程师想改条件,不知道朝哪个方向改。


测试狗做过大量宽禁带半导体缺陷计算,氮化镓、碳化硅、氧化镓都有覆盖。这一篇就讲一件事:怎么把实验测到的编号,对应到具体的缺陷构型。


能级图怎么和DLTS谱对上


深能级研究的实验手段是DLTS:给出一组峰位、俘获截面、浓度,每个峰一个编号。计算做的事是把编号对应到具体的缺陷构型。


做法是算每个候选缺陷的形成能和热力学跃迁能级,和峰位逐一对照;再算不同生长条件下各缺陷的浓度,看哪个缺陷在哪种化学势下长出来。谱上的一个峰对应一个缺陷构型,工艺工程师才知道该改哪个参数。

这一篇按这条闭环展开:先讲归属,再讲掺杂补偿、工艺损伤和器件可靠性。四个问题同一条线:实验看到现象,计算给出名字和机制。


痛点1

 深能级归属——DLTS测到的信号,是哪个缺陷?

实验能测到陷阱能级的位置和浓度,但一个能级位置往往对应好几种候选构型。碳空位、硅空位、双空位、间隙原子、杂质复合体,谁是谁,单靠实验很难敲定。归属错了,工艺优化的方向就反了。


计算怎么做:

• 用杂化泛函(HSE)精算每个候选缺陷的形成能和热力学跃迁能级

• 把计算结果与DLTS、光致发光数据逐项对照,锁定归属

• 算不同生长条件(化学势)下各缺陷的浓度,定位哪个条件放大哪个缺陷

• 对复合体和杂质相关缺陷做专项排查


能回答的问题:

我测到的E1、E2、Z1/2分别是谁?哪个工艺步骤引入了它们?浓度随条件怎么变?计算给名字。


痛点2

 p型掺杂难——激活率为什么上不去?

氮化镓的p型掺杂靠镁,碳化硅靠铝。掺进去是一回事,激活是另一回事。镁被氢钝化、被氮空位补偿,铝被本征施主缺陷补偿,最后空穴浓度比预期低一两个数量级。补偿为什么这么狠,实验说不清。


计算怎么做:

• 算掺杂剂的形成能和电离能,评估激活率上限

• 算氢-受主复合体、本征缺陷补偿的形成能,找出补偿主犯

• 绘制费米能级随掺杂浓度和温度的变化曲线,给出载流子浓度预测

• 评估共掺方案(镁加氧、铝加氮这类组合)的效果


能回答的问题:

我的p型掺杂激活率上限是多少?补偿主犯是谁?共掺能救回来吗?计算给上限和方向。


痛点3

 工艺损伤——注入、刻蚀留下的缺陷怎么演化??

离子注入是标准掺杂工艺,但注入本身砸出一堆点缺陷。退火能修一部分,修不干净的就是深能级残留。退火的温度、时间、气氛怎么定,基本靠经验。


计算怎么做:

• 计算注入可能产生的各类点缺陷及复合体的热力学稳定性与平衡浓度

• 用机器学习力场加速的分子动力学与 NEB 计算迁移能垒模拟退火过程中缺陷的迁移与复合

• 算缺陷复合体的稳定性,区分哪些缺陷退火消得掉、哪些消不掉

• 给出退火温度-时间窗口,标注残留深能级预期


能回答的问题:

退火到多少度能修掉大部分?哪些缺陷注定残留?我的退火窗口定在哪?计算给工艺参数。


痛点4

 器件可靠性——界面缺陷与漏电、漂移 

栅介质与半导体界面上的缺陷直接决定MOS器件的漏电和阈值漂移。界面态密度差一个数量级,器件寿命能差几个数量级。哪种界面处理有效,实验测界面态密度成本高。


计算怎么做:

• 建栅介质与半导体界面模型,算悬挂键与缺陷能级分布

• 算电荷俘获能和载流子俘获截面,评估漏电通道

• 对比氢、氮、氧等钝化方案对界面态的消除效果

• 算应力条件下能级偏移,评估偏压温度不稳定性


能回答的问题:

我的界面态密度主要来自哪种缺陷?哪种钝化最有效?漏电通道在界面还是体相?计算给诊断。


从痛点到答案

测试狗在宽禁带半导体方向的四个不同

宽禁带半导体缺陷计算的门槛在精度。同样是算缺陷能级,HSE和普通泛函算出的带隙相差可达1~2 eV,发表的层次也差一个档次。


① 缺陷精度优先

默认HSE级精度,形成能和能级位置经得起审稿人拿DLTS数据逐项对照。

② 对照闭环

不只是交一张能级图,提供交谱峰-缺陷构型-工艺参数三者的对应关系,工程师拿到就能动手。

③ 参数透明

泛函、超胞尺寸、k点、修正方案全部说明,收敛性测试数据随附。

④ 图表可发表

按目标期刊格式出图(Physical Review B、APL、Journal of Applied Physics、IEEE TED),色系、字体、标注对齐。


能力全景

以下是测试狗已经跑通、有成熟工作流的方法-体系矩阵。✓表示该组合有标准流程,☆表示需定制方案。


案例1

碳化硅外延片的深能级归属

某企业量产4H-SiC外延片,一个批次出现深能级峰,位置落在碳相关缺陷区间,器件反向漏电变大。


计算把候选构型全部算一遍:碳空位、碳间隙、双碳空位、硅空位-碳间隙复合体的跃迁能级,逐一与DLTS峰位对照,锁定为碳空位(VC)相关缺陷。反推生长条件里碳硅比失衡是引入源头,调整工艺后该批次缺陷浓度回到正常水平。



案例2

氮化镓p型激活的补偿诊断

某课题组做氮化镓LED,镁掺杂后空穴浓度上不去,怀疑补偿。


计算拆解了制约p型激活的三条关键机制:镁-氢复合体、氮空位、退火温度过高导致的镁偏析。氢钝化贡献最大,氮空位其次。按计算建议调整退火气氛与温度曲线后,p型激活率提高近一个量级,LED内量子效率跟着改善。


如果你有宽禁带半导体计算方面的需求

欢迎联系我们

测试狗提供一站式多尺度模拟解决方案


·
·
·
·



·
·
·

评论 / 文明上网理性发言
12条评论
全部评论 / 我的评论
最热 /  最新
全部 3小时前 四川
文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
点赞12
回复
全部
查看更多评论
相关文章

基础理论丨一文了解XPS(概念、定性定量分析、分析方法、谱线结构)

2020-05-03

手把手教你用ChemDraw 画化学结构式:基础篇

2021-06-19

晶体结构可视化软件 VESTA使用教程(下篇)

2021-01-22

【科研干货】电化学表征:循环伏安法详解(上)

2019-10-25

【科研干货】电化学表征:循环伏安法详解(下)

2019-10-25

XRD的基本原理与应用

2020-11-03

热门文章/popular

基础理论丨一文了解XPS(概念、定性定量分析、分析方法、谱线结构)

手把手教你用ChemDraw 画化学结构式:基础篇

晶体结构可视化软件 VESTA使用教程(下篇)

电化学实验基础之电化学工作站篇 (二)三电极和两电极体系的搭建 和测试

【科研干货】电化学表征:循环伏安法详解(上)

【科研干货】电化学表征:循环伏安法详解(下)

微信扫码分享文章
+

你好,很高兴为您服务!

发送