应用分享｜少子寿命测试仪(MDP)在碳化硅材料质量评估中的应用

在半导体材料科学领域，碳化硅（SiC）作为一种宽带隙半导体材料，近年来因其高性能而备受关注。SiC以其高硬度、高抗压强度、高热稳定性和优异的半导体特性，在大功率器件、高温环境应用以及装甲陶瓷等领域展现出巨大的潜力。特别是在高压器件中，SiC已成为硅（Si）的有力竞争对手，其性能的提升对于推动相关技术的发展具有重要意义。

然而，SiC材料的质量评估是确保其在实际应用中发挥高性能的关键环节。少数载流子寿命（Minority Carrier Lifetime），作为衡量半导体器件性能的基本参数之一，对于SiC材料的质量评估尤为重要。少数载流子寿命的长短直接影响到器件的效率和可靠性，特别是在高压、高温等极端工作条件下。

为了准确评估SiC材料的质量，德国Freiberg Instruments公司开发了多种表征和测试方法。其中，微波检测光电导率（MDP，Microwave Detected Photoconductivity）作为一种无接触、无破坏的检测技术，在SiC材料的质量评估中展现出独特的优势。MDP技术通过测量材料在光激发下的光电导率变化，能够直接反映材料的载流子寿命，进而评估材料的缺陷情况和整体质量。

碳化硅材料质量评估：通过少子寿命检测，可以评估碳化硅材料的整体质量，包括缺陷分布、杂质含量等。这有助于筛选出高质量的碳化硅材料，提高器件的成品率和性能。

在4H-SiC外延生长过程中进行(Al + B)掺杂，研究了掺杂Al和(Al + B)的p型外延层中的少数载流子寿命，来获得品质优良的碳化硅(SiC)基功率器件。

(a) 不同Al浓度外延层中的少数载流子寿命, (b) 不同 B浓度的(Al + B)掺杂外延层中的少数载流子寿命。外延层的Al浓度为 ∼5 × 1017 cm−3。

证明了具有Al和B掺杂可调节p型4H-SiC外延层中的少子寿命。并发现一种通过对4H-SiC基IGBTs采用微量掺杂Al来防止双极退化的方法1。 

缺陷分析：通过少子寿命技术可以进行缺陷调查。这对于评估SiC材料的质量和稳定性具有重要意义

利用微波检测光电导衰减(MDP)评估了厚的轻掺杂n型4H-SiC外延层的自由载流子寿命。从而获得和缺陷中心的相关性。

测量的少子寿命与4H-SiC样品中的Z1/2缺陷中心和EH6/7中心浓度之间的关系。

可以看到载流子寿命与Z1/2中心和EH6/7中心的相关性。有必要研究载流子寿命与外延层厚度、晶体缺陷和其他深能级（如空穴陷阱）的相关性2。

相关应用未完待续～

参考文献：

[1] Murata, K. , et al. "Carrier lifetime control by intentional boron doping in aluminum doped p-type 4H-SiC epilayers." Journal of Applied Physics 129.2(2021):025702-.

[2] Tawara, Takeshi, et al. "Evaluation of Free Carrier Lifetime and Deep Levels of the Thick 4H-SiC Epilayers." Materials Science Forum (2004).