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第1章 碳化硅材料特性 1

1.1 SiC材料基本特性 1

1.2 SiC材料的多型体 2

1.3 SiC能带结构和有效质量 2

1.4 SiC材料的热特性 5

1.5掺杂和自由载流子电荷 7

1.5.1浅施主和电子 9

1.5.2浅受主和空穴 13

1.6 SiC材料掺杂物扩散 14

1.7 SiC杂质的导电性 15

1.8 SiC材料少数载流子寿命 18

1.9 SiC/SiO2界面特性 20

参考文献 24

第2章 碳化硅同质及异质外延 32

2.1 SiC外延生长技术 32

2.2 SiC同质外延生长 32

2.2.1蒸发生长技术 33

2.2.2分子束外延 34

2.2.3液相外延 35

2.2.4 CVID生长技术 35

2.2.5外延层缺陷 38

2.3 SiC异质外延生长 44

2.4总结 48

参考文献 48

第3章 碳化硅欧姆接触 57

3.1金属—半导体接触 58

3.2比接触电阻 60

3.3 n型SiC欧姆接触 62

3.3.1 Ti和Ta基欧姆接触 64

3.3.2 Ni基欧姆接触 65

3.3.3硅化物接触的界面形貌 68

3.3.4键合技术 69

3.4 p型SiC欧姆接触 70

3.4.1 Al/Ti接触 71

3.4.2 Al/Ti接触的替代物 73

3.5 SiC欧姆接触的热稳定性 75

3.6 SiC欧姆接触发展新趋势 77

3.7总结 78

参考文献 80

第4章 碳化硅肖特基二极管 86

4.1碳化硅肖特基接触 86

4.1.1碳化硅肖特基接触理论 86

4.1.2不同金属与SiC接触的势垒高度 88

4.2高压SiC SBD，JBS和MPS二极管 95

4.2.1 SiC SBD新技术 96

4.2.2 SiC SBD终端技术 97

4.2.3 SiC SBD反向漏电流 98

4.2.4 SiC SBD正向压降 102

4.3肖特基二极管在功率电路中的应用 104

4.3.1功率二极管的重要性与硅极限 104

4.3.2功率电路中半导体器件的损耗 105

4.3.3商业化SiC和Si二极管静态性能比较 106

4.3.4商业化 SiC和Si二极管动态特性比较 107

4.4 SiC SBD的其他应用 110

4.4.1 SiC SBID气敏传感器 110

4.4.2 SiC SBD微波应用 111

4.4.3 SiC SBD紫外探测器 111

4.5 SiC SBD未来发展的挑战 113

4.5.1总结 113

4.5.2 SiC SBD发展趋势和挑战 114

参考文献 115

第5章 碳化硅功率PiN二极管 126

5.1 PiN二极管的设计及工作原理 127

5.1.1高击穿电压外延层设计 127

5.1.2 SiC PiN二极管终端设计 128

5.1.3载流子寿命与二极管开态压降 128

5.1.4 SiC PiN二极管载流子寿命测试 130

5.1.5超高电流密度PiN二极管 132

5.2 PiN二极管实验 134

5.2.1 PiN二极管特性测量 134

5.2.2 PiN二极管的制造过程 134

5.2.3 5kV PiN二极管 135

5.2.4 9.0mm2，10kV 4H-SiC PiN二极管 139

5.3 SiC二极管成品率和可靠性 141

5.3.1 SiC二极管成品率限制因素 141

5.3.2 SiC PiN二极管正向电压的退化 141

5.4总结 146

参考文献 146

第6章 碳化硅微波应用 149

6.1 SiC二极管微波应用 149

6.2 SiC点接触探测器 150

6.3 SiC变容二极管 151

6.4 SiC肖特基混频二极管 153

6.5 SiC PiN微波二极管 157

6.6 SiC IMPATT二极管 160

6.7总结 167

参考文献 168

第7章 碳化硅晶闸管 172

7.1引言 172

7.2晶闸管的导通过程 172

7.2.1低压晶闸管的导通过程 172

7.2.2高压晶闸管的导通过程 175

7.2.3晶闸管的光触发导通 182

7.3稳态电流—电压特性 183

7.3.1低压晶闸管稳态电流—电压特性 183

7.3.2高压晶闸管稳态电流—电压特性 185

7.3.3 SiC电子—空穴散射（EHS） 189

7.4关断特性 191

7.4.1传统的晶闸管关断模式 191

7.4.2场效应管（FET）控制GTO关断模式 194

7.5频率特性 198

7.6临界电荷 200

7.6.1低压晶闸管的临界电荷 201

7.6.2高压晶闸管中的临界电荷 202

7.6.3 4H-SiC基晶闸管的临界电荷 205

7.7结论 208

参考文献 209

第8章 碳化硅静电感应晶体管 215

8.1静电感应晶体管发展历史 215

8.2静电感应晶体管结构 216

8.2.1 SIT器件结构布局图 217

8.2.2 SiC SIT器件特性优化 219

8.2.3肖特基和离子注入SiC SIT 220

8.2.4静电感应晶体管栅结构 221

8.2.5垂直型FET结构 222

8.2.6常开型和常关型SII设计 223

8.3静电感应晶体管I-V特性 223

8.3.1类五极管模式 223

8.3.2类三极管模式 224

8.3.3复合模式 227

8.3.4双极模式 229

8.4静电感应晶体管的应用 230

8.4.1 SiC静电感应晶体管高RF脉冲功率放大 230

8.4.2 SiC SIT高射频连续波功率放大 231

8.4.3 SiC SIT功率转换 232

8.5总结 234

参考文献 234

第9章SiC衬底生长 240

9.1引言 240

9.2 SiC体材料生长 240

9.2.1物理气相传输 240

9.2.2升华外延 241

9.2.3液相外延 242

9.2.4高温化学气相淀积 242

9.3晶向 243

9.4晶体直径的增长 243

9.5衬底缺陷 244

9.5.1晶型稳定性 244

9.5.2微管 245

9.5.3小角晶界 248

9.5.4位错 250

9.6 SiC掺杂 251

9.7用于微波器件的SiC衬底 252

9.7.1浅能级 252

9.7.2深能级 253

9.7.3 HPSI材料现状 254

9.8切片与抛光 254

9.8.1切片 255

9.8.2抛光 255

9.9衬底成本 256

9.10结论 257

参考文献 257

第10章 碳化硅中的深能级缺陷 260

10.1引言 260

10.2 SiC中深能级的参数 260

10.2.1 SiC中的主要掺杂 260

10.2.2 SiC中其他类型的杂质能级 263

10.2.3碳化硅中的本征缺陷 267

10.2.4 SiC的辐照掺杂 270

10.3杂质对碳化硅外延层生长的影响 273

10.3.1碳化硅异质外延 273

10.3.2 SiC竞位外延 274

10.4碳化硅中的深能级及其复合过程 275

10.4.1 6H-和4H-SiC pn结结构中的深能级及辐照复合 275

10.4.2深能级对6 H-SiC pn结结构中少子扩散长度和少子寿命的影响 277

10.4.3 SiC pn结结构中的深能级以及击穿电压的负温度系数 278

10.5结论 280

参考文献 282

第11章SiC结型场效应晶体管 295

11.1引言 295

11.1.1历史回顾 295

11.1.2 SiC JFET的半导体物理基础 296

11.1.3正向导通还是正向截止 299

11.2横向SiC-JEFT 300

11.3垂直JFET（VJFET） 301

11.3.1完全的VJFET 301

11.3.2具有横向沟道的VJFET 303

11.3.3限流器 306

11.4基于SiC VJFET的功率开关 307

11.4.1共源共栅方法 307

11.4.2单模VJFET 308

11.4.3 SiC VJFET的应用 309

11.4.4高温工作 309

参考文献 311

第12章SiC BJT 313

12.1引言 313

12.2品质因数 314

12.3双极型功率晶体管 315

12.3.1双极型晶体管（BJT） 316

12.3.2达林顿管 326

12.4商业化面临的挑战 329

参考文献 329

附录 符号列表 332