碳化硅（SiC）是一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有獨特的物理、化學(xué)和電學(xué)特性，其高臨界電場和熱導(dǎo)率使SiC成為制造高功率、低功耗半導(dǎo)體器件的理想材料。高熱穩(wěn)定性、出色的化學(xué)惰性和硬度使SiC器件能夠運行在高溫條件下的惡劣環(huán)境中。SiC器件從1906年發(fā)布的第一款商用半導(dǎo)體器件SiC探測器就開始了它豐富的發(fā)展史，但很快被真空管取代。20世紀(jì)50年代中期開發(fā)的一種生產(chǎn)高質(zhì)量SiC晶體的新方法促使SiC再度成為半導(dǎo)體電子材料，1959年在波士頓舉行的第一次SiC會議標(biāo)志著這一時期的開始。接下來的20年中，對SiC材料特性進(jìn)行了廣泛的研究，并顯著改進(jìn)了SiC加工工藝，但只有不規(guī)則形狀的SiC薄片允許小規(guī)模生產(chǎn)并用于特定應(yīng)用的藍(lán)光和黃光SiC LED。SiC晶體的籽晶生長法是在70年代末發(fā)明的，為大規(guī)模制造SiC器件開辟了道路。80年代末SiC外延技術(shù)的發(fā)展促使90年代初標(biāo)準(zhǔn)尺寸SiC晶圓和藍(lán)光LED進(jìn)入市場，從而促使了SiC作為商用電子器件材料的復(fù)興。
盡管SiC LED于20世紀(jì)90年代末在市場上被更高效的Ⅲ族氮化物L(fēng)ED取代，但SiC生長和加工技術(shù)的發(fā)展并未止步。在過去十年中，可再生能源的快速增長和減少碳排放的嚴(yán)格措施導(dǎo)致對高效電力電子產(chǎn)品的巨大需求。SiC以其優(yōu)異的性能和發(fā)達(dá)的生長加工技術(shù)成為新一代半導(dǎo)體功率器件的首選材料。如今，SiC肖特基二極管和MOSFET已經(jīng)商品化，SiC電子產(chǎn)品被公認(rèn)為現(xiàn)代工業(yè)的重要組成部分，在高效功率半導(dǎo)體器件市場占有一定份額。在對提高SiC器件性能和可靠性以及商業(yè)生產(chǎn)成本效率需求不斷增長的同時，SiC技術(shù)研究也在顯著加強。進(jìn)一步發(fā)展SiC技術(shù)的另一個驅(qū)動力是SiC作為高溫和高頻電子材料的巨大潛力，但這一點仍未實現(xiàn)，期待早日出現(xiàn)SiC在這些應(yīng)用中優(yōu)于傳統(tǒng)半導(dǎo)體的有力證明。
自1993年以來，該領(lǐng)域的進(jìn)展和最新趨勢定期在國際和歐洲SiC及相關(guān)材料會議上進(jìn)行討論。現(xiàn)在，這些會議的論文集每年都會出版并廣泛傳播，同時還有系列精裝書籍對SiC材料表征、晶體生長和器件加工技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)論述和深入分析。第一本此類書籍于1997年出版，它由Wolfgang J.Choyke、Hiroyuki Matsunami和Gerhard Pensl主編，收集了大約50篇論文，涵蓋了從SiC基本特性、晶體生長和材料表征到器件加工以及SiC器件的設(shè)計和應(yīng)用的整個領(lǐng)域。多年來，它在科學(xué)界很受歡迎，甚至被稱為“藍(lán)皮書”。2004年，它又收錄了SiC電子學(xué)的最新發(fā)展并進(jìn)行了更新，至今仍是一本重要的參考書。從那時到2015年，編輯出版的書籍很少，它們根據(jù)編者的選擇提供了SiC電子各個主題的評論論文集。2014年，Tsunenobu Kimoto和James A.Cooper出版了一本經(jīng)典教科書，與其他書籍相比，它并不旨在對每個主題進(jìn)行完整的深入評述，而是無縫地描述了SiC技術(shù)，從材料特性到SiC器件的系統(tǒng)應(yīng)用。據(jù)作者所知，上面這些就是21世紀(jì)出版的關(guān)于SiC的所有書籍，作者認(rèn)為目前需要及時出版一本新書，以支持出版物的周期性并評述快速發(fā)展的SiC技術(shù)的最新水平。
SiC科學(xué)技術(shù)在過去的兩個十年中日趨成熟，包括從基礎(chǔ)物理到電路設(shè)計的許多方面。基于此，作者主要根據(jù)SiC器件加工工藝來確定《碳化硅器件工藝核心技術(shù)》的篇幅和范圍�！短蓟�硅器件工藝核心技術(shù)》第1～4章專門介紹SiC器件加工的一個重要部分，即金屬接觸的制造和表征。第1章重點介紹SiC表面清洗，這是任何器件加工的第一步，也是必不可少的步驟。緊隨其后的第2章描述了SiC歐姆接觸的基本原理、電學(xué)表征方法和工藝。詳細(xì)分析了接觸電阻率對材料特性的依賴性、接觸電阻率測量的極限和精度、關(guān)于歐姆接觸制造和測試結(jié)構(gòu)設(shè)計的實用建議、迄今為止報道的不同金屬化方案和加工技術(shù)的重要概述。該章還討論了SiC歐姆接觸的熱穩(wěn)定性、保護(hù)以及與器件工藝的兼容性。第3章論述了肖特基勢壘形成的基本物理原理，并針對SiC的具體情況進(jìn)行了修正。接下來，介紹了SiC材料中肖特基勢壘不均勻性的重要基礎(chǔ)課題。然后，該章用一節(jié)的篇幅專門介紹4H�睸iC肖特基和結(jié)勢壘肖特基二極管的設(shè)計加工。該章還簡要討論了Si/SiC異質(zhì)結(jié)二極管作為整流接觸的特殊情況。該章最后一節(jié)提供了SiC肖特基二極管在電力電子和溫度/光傳感器中的一些常見應(yīng)用。第4章回顧高功率SiC單極和雙極開關(guān)器件，討論了不同類型SiC器件的挑戰(zhàn)和前景，包括材料和工藝對器件性能的限制，以闡明金屬接觸對SiC的主要應(yīng)用領(lǐng)域。
《碳化硅器件工藝核心技術(shù)》第5～9章中，作者集中精力對作為SiC技術(shù)的一個特定且重要的組成部分的SiC器件工藝進(jìn)行詳細(xì)論述和深入分析。作者特意從本書中排除了SiC材料表征、體材料生長、外延、器件設(shè)計、電路設(shè)計和應(yīng)用等內(nèi)容，因為SiC電子學(xué)的這些領(lǐng)域非常廣泛和成熟，需要單獨和綜合考慮。第5章歷史性地概述了自然界中SiC的發(fā)現(xiàn)、第一次人工合成，以及SiC體材料和外延生長的關(guān)鍵步驟。簡述了閱讀和理解本書其他章節(jié)所需的SiC材料的特性。還展示了SiC晶圓和外延結(jié)構(gòu)的商業(yè)化生產(chǎn)和可用性的現(xiàn)狀以及SiC功率器件的潛在市場。最后，通過估算和直接比較兩個具有相同額定功率但由SiC和Si制造的單極器件的電特性，證明在功率系統(tǒng)中采用SiC器件的好處。第6章論述了SiC器件中使用的主要電介質(zhì)。電子器件中最常用的電介質(zhì)是SiO2和Si3N4，因此首先介紹它們，然后是高κ介質(zhì)（即介電常數(shù)高于Si3N4的介質(zhì)）。在關(guān)注SiC熱氧化之前，討論了介質(zhì)沉積的方法;論證了氧化工藝和氧化后退火的不同參數(shù)，這些參數(shù)對氧化層質(zhì)量和SiO2/SiC界面中碳?xì)埩舻男纬捎杏绊?論述了使用各種介質(zhì)層形成技術(shù)提高SiC MOSFET中電子遷移率的努力及取得的進(jìn)展;還討論了介質(zhì)對SiC表面鈍化的相關(guān)問題。接下來的第7章旨在提供SiC器件制造中采用離子注入的所有必要信息。首先介紹了離子注入技術(shù)及其在SiC器件加工技術(shù)中的應(yīng)用，特別關(guān)注通道效應(yīng)和雜散效應(yīng)，這在SiC中比在Si晶體中更明顯。討論了離子注入實現(xiàn)SiC n型和p型摻雜的主要特性以及用于雜質(zhì)激活的不同退火技術(shù)。該章還描述了晶體質(zhì)量和缺陷形成問題，并提出了一種用于低缺陷表面摻雜的新型注入技術(shù)。最后幾節(jié)介紹了注入模擬和表征方面以及一些實際方面的信息，例如注入設(shè)備和設(shè)施等。第8章可作為SiC干法刻蝕的綜合指南。它的第一部分解釋了為什么含氟試劑主要用于SiC刻蝕，討論了工藝中添加其他氣體的影響及其可能的刻蝕機制。第二部分致力于通過各種等離子體參數(shù)控制刻蝕速率。第三部分涉及與刻蝕表面形貌有關(guān)的問題。硬掩模材料，尤其是它們對SiC的選擇性是第四部分的主題。在后續(xù)部分，討論了等離子體刻蝕之前或之后的SiC表面處理、刻蝕中為SiC晶圓選擇合適的載體，以及刻蝕表面的電性能。該章還討論了用于通孔和MEMS應(yīng)用的SiC深度刻蝕以及自上而下形成的SiC納米線。第9章重點介紹了SiC納米結(jié)構(gòu)的制造、工藝和器件集成。首先，該章描述了SiC納米晶體的不同制造方法，由于它們在光電子結(jié)構(gòu)中的潛在應(yīng)用，特別是在納米級紫外光發(fā)射器中的潛在應(yīng)用，這些方法已成為深入研究的主題，這些方法包括化學(xué)氣相沉積、電化學(xué)和化學(xué)腐蝕、激光燒蝕等。然后，該章的大部分內(nèi)容專門討論SiC納米線(NW)制造技術(shù)，它們分為兩類：自上而下和自下而上的方法。使用不同前驅(qū)體和催化劑的汽�惨邯补蹋╒LS）、汽�补蹋╒S）、固�惨邯补蹋⊿LS）SiC NW生長技術(shù)構(gòu)成了自下而上的方法，該章將對此進(jìn)行討論。然后，解決了其他半導(dǎo)體中常用的自上向下技術(shù)方法，包括電子束光刻和隨后的干法刻蝕。接下來專門介紹基于SiC NW基器件的加工技術(shù)，主要是歐姆接觸的形成。該章最后簡述了SiC納米線在場效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用。
《碳化硅器件工藝核心技術(shù)》會引起在SiC及相關(guān)材料領(lǐng)域工作的技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師和研究生的濃厚興趣。《碳化硅器件工藝核心技術(shù)》也可作為研究生相關(guān)專業(yè)課程的補充教材。
總之，感謝所有參編者的辛勤工作和對《碳化硅器件工藝核心技術(shù)》的寶貴貢獻(xiàn)，以保證其科學(xué)質(zhì)量和現(xiàn)實性。還要對Materials Research Forum LLC的Thomas Wohlbier表示深深的感謝，他在編輯過程中非常靈活和耐心地滿足了我們的所有愿望，并為及時出版《碳化硅器件工藝核心技術(shù)》盡了最大的努力。

Konstantin Vasilevskiy
Konstantinos Zekentes