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主要作者及研究机构
本研究的作者包括Kyota Mikami、Mitsuaki Kaneko和Tsunenobu Kimoto，均来自日本京都大学电子科学与工程系。该研究发表于2024年7月的《IEEE Electron Device Letters》期刊，第45卷第7期，页码1113-1116。

学术背景
研究领域为半导体器件，特别是碳化硅（SiC）金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFETs）。SiC MOSFETs因其在高功率器件和高温（>300°C）集成电路（ICs）中的应用潜力而备受关注。研究背景包括SiC MOSFETs在互补MOS（CMOS）器件中的集成需求，以及非极性面（如（1120）和（1100）面）MOSFETs的电学特性对设计基于FinFETs的SiC CMOS器件的重要性。此前，关于非极性面n沟道MOSFETs的研究较多，但对p沟道MOSFETs的研究较少，尤其是针对不同施主浓度（1015–1017 cm−3）的全面研究。本研究旨在填补这一空白，探讨非极性面p沟道MOSFETs的迁移率特性。

研究流程
研究分为以下几个步骤：
1. 器件制备：在n型4H-SiC（1120）和（1100）衬底上制备横向p沟道MOSFETs。外延层的施主浓度（Nd）范围为5×1015–8×1017 cm−3。源极和漏极区域通过Al+离子注入在300°C下形成，随后在1750°C下退火20分钟。栅极氧化层通过1300°C下3分钟的干氧化和1250°C下70分钟的NO退火形成，氧化层厚度约为40 nm。
2. 电学特性测试：测量了器件的漏极电流-栅极电压（Id–Vgs）特性和场效应迁移率（µfe）。测试了两种沟道方向（垂直于和平行于c轴）的器件。
3. 界面态密度分析：通过亚阈值摆幅（SS）提取了界面态密度（Dit），并与（0001）面器件进行了对比。
4. 迁移率各向异性分析：基于有效质量的计算，分析了迁移率各向异性的物理机制。

主要结果
1. 迁移率特性：在（1100）面器件中，垂直于c轴的沟道方向实现了28 cm2/Vs的最高迁移率，这是迄今为止报道的SiC p沟道MOSFETs的最高值。平行于c轴的迁移率比垂直于c轴的低20-50%。
2. 施主浓度影响：随着施主浓度的增加，阈值电压负移，最大场效应迁移率（µfe,max）降低，但在高施主浓度（4×1017 cm−3）下仍保持了20 cm2/Vs的高迁移率。
3. 界面态密度：非极性面器件的界面态密度显著低于（0001）面器件，其中（1100）面器件的界面态密度最低。
4. 迁移率各向异性：迁移率各向异性主要源于反型层中空穴有效质量的各向异性。垂直于c轴的有效质量（1.0m0）低于平行于c轴的有效质量（1.3m0），与迁移率比值（1.3-1.5）一致。

结论
本研究首次全面探讨了非极性面4H-SiC p沟道MOSFETs的迁移率特性，揭示了（1100）面器件在垂直于c轴方向上的最高迁移率。研究结果表明，非极性面器件的界面态密度显著低于（0001）面器件，且迁移率各向异性主要由有效质量的各向异性决定。这些发现为设计基于FinFETs的SiC CMOS器件提供了重要指导，特别是在选择沟道方向和晶体面时。

研究亮点
1. 最高迁移率：首次在（1100）面器件中实现了28 cm2/Vs的最高迁移率。
2. 全面研究：首次对不同施主浓度的非极性面p沟道MOSFETs进行了全面研究。
3. 迁移率各向异性机制：通过有效质量的计算，揭示了迁移率各向异性的物理机制。
4. 界面态密度分析：提供了非极性面器件界面态密度的详细数据，为器件优化提供了依据。

其他有价值的内容
研究还探讨了迁移率与体迁移率的比值，发现非极性面p沟道MOSFETs的比值（约30%）显著高于n沟道MOSFETs，表明p沟道迁移率仍受界面态的影响。这一发现为进一步提高p沟道MOSFETs的性能提供了方向。