碳化硅领域再现新突破：硼元素助力提升MOSFET性能

碳化硅（SiC）在半导体领域有着广泛应用，但其SiO2/SiC界面的沟道迁移率和界面缺陷问题一直是研发中的难点。近日，东京大学与三菱电机的研究人员在这一领域取得了新的突破。他们通过在《AlP Advances》期刊上发表的一篇文章，介绍了硼元素在碳化硅氧化后退火工序中的重要作用，表明采用硼元素后，SiC MOSFET的性能将显著提升。

研究人员发现，通过在SiC MOSFET的氧化后退火过程中加入硼元素，可以大幅提升器件的沟道迁移率（μFE），最高可达100 cm²/V·s，相比传统的一氧化碳退火方式的20-40 cm²/V·s，提升了2.5至5倍。此外，改变硼浓度还能将SiC MOSFET的界面态密度（Dit）降低约70%，显著改善了器件的可靠性。

目前，业界普遍采用一氧化氮（NO）对SiC MOSFET进行氧化后退火，以降低界面陷阱密度，使得μFE提高至20至40 cm²/V·s。然而，研究显示，通过在退火过程中加入硼元素，可以显著提升迁移率，理论上可达到100 cm²/V·s以上，且对界面陷阱减少和器件稳定性的改善效果显著。

此次研究的实验设计中，研究人员通过制造和测试不同类型的样品，分析了硼浓度在氧化物/4H-SiC界面中的作用。他们分别制备了含不同浓度硼扩散层的样品，并在不同温度条件下进行测试。结果显示，通过调整硼扩散温度（900至1150°C），成功调控了硼的浓度。特别是在导带边缘附近，硼浓度高的样品Dit降低了约70%。

即使在低硼浓度下，也观察到近界面陷阱密度的显著降低。而高硼浓度样品在减少深能级陷阱方面更为有效。此外，测试结果还表明，高硼浓度并未导致额外的电子电荷陷阱形成或平带电压（VFB）稳定性恶化，这意味着硼元素的引入不仅提升了器件性能，还保证了其稳定性。

此次研究为碳化硅MOSFET的性能提升提供了一条全新的途径，通过引入硼元素，有望解决长期困扰该领域的界面缺陷和迁移率低下问题。这一突破不仅提高了器件的开关速度和可靠性，还为未来碳化硅技术的发展奠定了坚实的基础。研究人员的努力与创新值得高度赞赏，期待未来能够看到更多类似的突破性进展。