赵春阳等：SC半导体不同晶面氧化机理及动力学的研究进展 601· 0.07 (a)Song model (b)Massoud empirical realation 40 0.06 0.05 30 0.04 1150℃ 0.03 20 ▲1150℃ 10 0.01 1050℃ 1050℃ 6 10 203040 5060 Time/h Oxide thickness/nm 60 (c)Si and C emission model 50 40 30 30 20 1150℃ 10 1050℃ 10 20 30 40 50 60 Oxide thickness/nm 图9 Gupta研究中4H-SiC的Si面氧化数据（散点）与三个模型的计算结果（实线）对比图.(a)Song模型：(b)Massoud经验关系式：(c)硅碳排 放模型 Fig.9 Comparison of the Sisurface oxidation data of 4H-SiC in the Gupta study (scatter point)and the calculation results ofthe three models(solid curves): (a)Song model;(b)Massoud empirical relation model;(c)silicon carbon emission model 进一步建立和优化. 化过程中碳的氧化和排放以及硅的排放是不能忽 6结论 略的 (3)碳硅排放模型同时考虑了Si和C的氧化 基于动力学模型来准确描述SC不同晶面的 及排放，在这种情况下很好地预测了SC不同晶 氧化规律，对其在金属氧化物半导体场效应晶体 面的氧化过程.但因为其考虑的方面较多，造成模 管中的应用至关重要.通过对Song模型、Massoud 型表达式复杂，在实用性方面存在局限性 经验关系式和碳硅排放模型的改进方法和应用结 (4)笔者所在课题组建立的RPP模型在描述 果的比较分析，得出了下列结论： SC不同晶面氧化方面具有较大潜力.此外，在活 (1)Song模型在预测SiC不同晶面氧化时考 性氧化时SC不同晶面的氧化行为会发生明显变 虑到C0的外扩散使改进后的模型预测曲线与实 化，相关氧化动力学模型有待进一步建立和优化. 验结果拟合度更高.无论是通过理论推证还是实 验数据曲线都可以得到SC的不同晶面生长速率 参考文献 存在各向异性.但Song模型由于未考虑Si面氧化 [1]Chung G Y,Tin CC,Williams J R,et al.Improved inversion 前期存在非稳态增长的情况，因此在Sⅰ面上的预 channel mobility for 4H-SiC MOSFETs following high 测结果误差较大 temperature anneals in nitric oxide.IEEE Electron Device Lett, (2)Massoud经验关系式考虑了SiC氧化初始 2001,22(4):176 [2] Simonka V,Hossinger A,Weinbub J,et al.Growth rates of dry 阶段的生长速率非稳态增长的现象，更加符合SC thermal oxidation of 4H-silicon carbide.J Appl Phys,2016, 氧化前期的特点，因而对于S面的氧化过程的预 120(13):135705 测与实验数据达到了很好的吻合.但Massoud经 ⊙ Madjour K.Silicon carbide market update:From discrete devices 验关系式只考虑了初始生长速率的变化，实际氧 to modules [R/OL].In PCIM Europe (2014-05-21)[2020-03-07].进一步建立和优化. 6    结论 基于动力学模型来准确描述 SiC 不同晶面的 氧化规律，对其在金属氧化物半导体场效应晶体 管中的应用至关重要. 通过对 Song 模型、Massoud 经验关系式和碳硅排放模型的改进方法和应用结 果的比较分析，得出了下列结论： （1）Song 模型在预测 SiC 不同晶面氧化时考 虑到 CO 的外扩散使改进后的模型预测曲线与实 验结果拟合度更高. 无论是通过理论推证还是实 验数据曲线都可以得到 SiC 的不同晶面生长速率 存在各向异性. 但 Song 模型由于未考虑 Si 面氧化 前期存在非稳态增长的情况，因此在 Si 面上的预 测结果误差较大. （2）Massoud 经验关系式考虑了 SiC 氧化初始 阶段的生长速率非稳态增长的现象，更加符合 SiC 氧化前期的特点，因而对于 Si 面的氧化过程的预 测与实验数据达到了很好的吻合. 但 Massoud 经 验关系式只考虑了初始生长速率的变化，实际氧 化过程中碳的氧化和排放以及硅的排放是不能忽 略的. （3）碳硅排放模型同时考虑了 Si 和 C 的氧化 及排放，在这种情况下很好地预测了 SiC 不同晶 面的氧化过程. 但因为其考虑的方面较多，造成模 型表达式复杂，在实用性方面存在局限性. （4）笔者所在课题组建立的 RPP 模型在描述 SiC 不同晶面氧化方面具有较大潜力. 此外，在活 性氧化时 SiC 不同晶面的氧化行为会发生明显变 化，相关氧化动力学模型有待进一步建立和优化. 参    考    文    献 Chung G Y, Tin C C, Williams J R, et al. Improved inversion channel mobility for 4H-SiC MOSFETs following high temperature anneals in nitric oxide. IEEE Electron Device Lett, 2001, 22（4）: 176 [1] Simonka V, Hössinger A, Weinbub J, et al. Growth rates of dry thermal oxidation of 4H-silicon carbide. J Appl Phys, 2016, 120（13）: 135705 [2] Madjour K. Silicon carbide market update: From discrete devices to modules [R/OL]. In PCIM Europe (2014-05-21) [2020-03-07]. [3] 0 1 3 2 Time/h Oxide thickness/μm 0 4 5 6 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.07 0.06 (a) Song model 1150 ℃ 1050 ℃ 0 10 20 Oxide thickness/nm Growth rate/(nm·h−1 ) 30 40 60 50 10 20 30 40 (b) Massoud empirical realation 1150 ℃ 1050 ℃ 0 10 20 Oxide thickness/nm Growth rate/(nm·h−1 ) 30 40 60 50 10 20 30 40 50 60 (c) Si and C emission model 1150 ℃ 1050 ℃ 图 9 Gupta[26] 研究中 4H-SiC 的 Si 面氧化数据（散点）与三个模型的计算结果（实线）对比图. （a）Song 模型；（b）Massoud 经验关系式；（c）硅碳排 放模型 Fig.9 Comparison of the Si surface oxidation data of 4H-SiC in the Gupta[26] study (scatter point) and the calculation results of the three models (solid curves): (a) Song model; (b) Massoud empirical relation model; (c) silicon carbon emission model 赵春阳等： SiC 半导体不同晶面氧化机理及动力学的研究进展 · 601 ·