揭示高载流子注入下双极器件中的螺旋重组

高压和大功率设备对于更高效和可持续的大功率操作至关重要。这种下一代设备的一个候选者是双极碳化硅(SiC)。SiC器件已经找到商业应用，SiC半导体场效应晶体管和肖特基势垒二极管由于导通电阻较低和击穿电压较高而优于硅替代品。然而，当前的工业标准SiC器件是单极的——它们仅使用电子来导电。

使用电子和空穴进行导电的双极器件根据经验具有较低的导通电阻。因此，SiC双极型器件有望成为大功率器件的下一个重要发展方向。但是，双极SiC器件的效率取决于载流子寿命，而载流子寿命又取决于几个电子-空穴复合过程，即Shockley-Read-Hall(SRH)、表面、辐射和俄歇复合过程。

虽然通过控制表面结构、抛光和减少复合中心的数量可以很好地预测和最小化SRH、表面和辐射过程的影响，但事实证明导致俄歇复合的因素更难查明。当前关于该主题的讨论表明，载流子浓度和复合陷阱是俄歇复合的主导力量。

最近，名古屋工业大学(NITech)机电工程系的研究人员揭开了载流子浓度和陷阱对俄歇复合率的影响。由NITech的MasashiKato副教授、KazuhiroTanaka先生和KeisukeNagaya先生组成的研究团队使用一种称为时间分辨自由载流子吸收的光学技术来测量4H-SiC中激发的载流子复合。该研究已发表在日本应用物理学杂志上。

“我们知道俄歇过程取决于低载流子注入下的供体浓度。相反，在高注入条件下，俄歇复合率随着激发载流子浓度的增加而降低。但是虽然俄歇复合系数已通过实验报告许多文献中的研究人员，通常将其报告为常数，”加藤副教授解释道。

在这项研究中，研究团队在高注入条件下观察了4H-SiC中的激发载流子复合。结果，他们发现俄歇复合主要取决于激发的载流子浓度，而陷阱的影响可以忽略不计。

在谈到这项研究的应用时，加藤副教授说：“为了制造更好的高功率器件，我们需要了解基本材料特性并优化器件结构。利用我们的方法，我们能够估计激发载流子浓度依赖性俄歇复合。我们预计，这一估计的俄歇系数将证明对未来具有高浓度载流子注入的SiC双极器件的开发非常有用。”