碳化钡

第三代半导体材料又被称之为宽禁带半导体材料。主要包括碳化硅（SiC）、氮化嫁（GaN）、金刚石等。目前其主要在半导体照明、激光器和探测器、电力电子器件等领域应用。相比于第一、二代半导体材料，第三代半导体材料的物理特性方面优势十分明显，比如禁带宽度大、较高的热导率、较高的击穿电场以及更高的抗辐射能力等等，正是因为上述这些优势，第三代半导体材料是制作高频、高温、抗辐射及大功率器件的优异材料。而碳化硅作为第三代半导体家族的重要一员，其具有高热导率、高击穿场、高饱和电子迁移率、抗辐射和化学性质稳定等突出优点。而碳化硅器件具有开关频率高、功率密度高、损耗低、尺寸小等优点，可以在高功率、高频以及极端特殊环境下应用，例如在清洁能源汽车、车载充电器、城市轨道交通、城市输电等领域己经得到应用，并显示出优异的性能。同时碳化硅与氮化镓具有相近的晶格常数与热膨胀系数，是GaN薄膜异质外延生长的理想衬底材料，可以在半绝缘的SiC衬底上外延GaN薄膜制备一系列的微波射频器件，其研发生产将会推动5G技术的快速发展与应用。由于碳化硅广阔的市场前景，各国自上世纪八十年代以来便制订了一系列相关的科研计划并不断加大相关领域的研发投入。我国虽然碳化硅领域的相关研究起步较晚，但经过我国科研工作者二十多年的研究，相关工作也己取得突破性的进展。一系列重大项目的快速推进，如科技部863计划2002年启动的“碳化硅单晶衬底制备”项目、2006年启动的“2英寸以上半绝缘碳化硅材料与功率电子器件”项目、2011年启动的“高压大容量碳化硅功率器件的研发”项目等，使得国内碳化硅行业快速发展，在我国军事、航天、通讯等各领域得到应用。针对于此，仪器信息网分析和统计了2018-2020年，三年来的碳化硅相关的学位论文，共计232篇。碳化硅不仅可用于第三代半导体领域，盘点论文已剔除非半导体领域的研究，论文的研究方向覆盖了碳化硅材料制备、工艺开发、器件研究、应用分析等方面。学位论文数量排行图中给出的是学位论文三年间发表数量前九名，可以看出，电子科技大学在碳化硅领域多有建树。具体论文内容来看，电子科技大学的研究主要集中于MOSFET驱动电路、器件设计等方面。哈尔滨工业大学的研究方向主要是碳化硅的具体应用和抛光工艺。从近三年可以看出，2020年明显论文数量下降，而2019年还有所上升。这一结果并不能表明碳化硅半导体材料的研究热度变化，这可能是由于2020年发表的部分论文签署了论文保密协议，存在论文披露的滞后性。进一步，我们统计盘点了各高校的论文指导教师名单，需要注意的是，部分论文存在校外指导。（以下排名不分先后）学校论文指导教师安徽工业大学周郁明北方工业大学曹淑琴、韩军北京交通大学郑琼林、杨中平、林飞、李艳、郭希铮大连理工大学夏晓川、梁红伟、张建伟、杜国同、王德君、唐大伟、电子科技大学赵建明、何金泽、荣丽梅、张小川、周泽坤、邓小川、张有润、张金平、罗小蓉、杜江锋、徐红兵、钟其水、王雷、毕闯、李辉、东南大学孙立涛、徐涛、顾伟、孙伟锋、陆生礼、陈健、王继刚、广东工业大学阎秋生广西大学万玲玉贵州大学高廷红桂林电子科技大学李琦哈尔滨工程大学王颖哈尔滨工业大学周密愉、董尚利、杨剑群、翟文杰、杨明、郭亮、贲洪奇、高强、王晨曦、徐永向、张东来、李春、张国强、王高林杭州电子科技大学王颖、刘广海、合肥工业大学徐卫兵河北工业大学张保国、李尔平、湖北工业大学潘健湖南大学王俊、熊劼、陈鼎、高凤梅、姜燕、雷雄、沈征、帅智康华北电力大学崔翔、赵志斌、温家良、赵志斌、魏晓光、韩民晓、蒋栋、欧阳晓平华南理工大学姚小虎、Timothy C. Germann、耿魁伟、陈义强、华侨大学于怡青、胡中伟、段念、黄辉、郭新华、陈一逢、华中科技大学傅华华、梁琳、林磊、康勇、彭力、淮北师范大学刘忠良吉林大学吴文征、邢飞、赵宏伟、陈巍、呼咏、吉野辰萌、张文璋、赵继、李志来江南大学倪自丰江苏大学乔冠军昆明理工大学彭劲松、陈贵升、兰州大学张利民兰州交通大学汪再兴、杜丽霞、白云兰州理工大学卢学峰南方科技大学邓辉南京大学陆海、吴兴龙南京航空航天大学魏佳丹、秦海鸿、邢岩南京理工大学董健年青岛科技大学于飞三峡大学孙宜华、姜礼华、厦门大学孙道恒、王凌云山东大学马瑾、葛培琪、徐现刚、彭燕、李康、高峰、陈延湖、白云、王军上海电机学院赵朝会、杨馄、上海师范大学陈之战深圳大学彭建春沈阳工业大学何艳、关艳霞、苏州大学陶雪慧、太原理工大学杨毅彪天津大学徐宗伟、李连钢、天津工业大学宁平凡、孙连根、于莉媛、高志刚、张牧、高圣伟、黄刚、牛萍娟天津理工大学王桂莲武汉工程大学满卫东武汉科技大学柯昌明武汉理工大学涂溶、章嵩西安电子科技大学贾仁需、乐立鹏、王悦湖、汤晓燕、张玉明、戴显英、倪炜江、张艺蒙、宗艳民、张金平、郭辉、黄维、段宝兴、西安工程大学朱长军、李连碧、杨楞、张红卫、西安理工大学蒲红斌西华大学阳小明、吴小涛西南交通大学张湘湘潭大学李建成冶金自动化研究设计院王东文、陈雪松、云南大学陈秀华长安大学张林长春理工大学魏志鹏长沙理工大学谢海情、吴丽娟浙江大学祝长生、盛况、吴新科、郭清、邱建琪、何湘宁、吴建德、赵荣祥、李武华、徐德鸿郑州大学张锐郑州航空工业管理学院张锐、刘永奇中北大学梁庭中国科学技术大学刘长松、李辉、张军、李震宇、李传锋、许金时中国科学院大学陈小龙、施尔畏、黄维、夏晓彬、高大庆中国空间技术研究院于庆奎中国矿业大学伍小杰、戴鹏中国运载火箭技术研究院朱大宾重庆大学胡盛东、周林、周建林

天眼查显示，广东芯聚能半导体有限公司“碳化硅MOSFET器件及其制备方法”专利公布，申请公布日为2024年6月28日，申请公布号为CN118263326A。背景技术半导体是导电性介于良导电体与绝缘体之间的一种材料，半导体器件是利用半导体材料的特殊电特性来完成特定功能的电子器件，例如碳化硅MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，金氧半场效晶体管)器件，可用来产生、接收、变换和放大信号，以及进行能量转换。相关技术中，由于碳化硅MOSFET器件自身结构特点，碳化硅MOSFET器件必然存在寄生电容，例如寄生的栅漏电容Cgd，该电容会导致米勒平台的产生，米勒平台会使碳化硅MOSFET器件在开通和关断的过程中损耗增大，导致碳化硅MOSFET器件在工作过程中不能快速地实现开关，影响碳化硅MOSFET器件性能。发明内容本申请涉及一种碳化硅MOSFET器件及其制备方法，碳化硅MOSFET器件包括衬底、第一掺杂区、栅极沟槽、控制栅结构和分裂栅结构，第一掺杂区设置于衬底内；栅极沟槽设置于第一掺杂区内，且从衬底的正面开口并沿衬底的厚度方向延伸，栅极沟槽包括第一子沟槽和第二子沟槽，第二子沟槽位于第一子沟槽背离衬底的正面的一侧；控制栅结构设置于第一子沟槽内，控制栅结构包括控制栅导电层和控制栅介质层，控制栅介质层位于控制栅导电层与第一子沟槽的槽壁之间；分裂栅结构设置于第二子沟槽内，分裂栅结构包括分裂栅导电层和分裂栅介质层，分裂栅介质层包覆分裂栅导电层；控制栅介质层的介电常数和分裂栅介质层的介电常数不同。

中国科大郭光灿院士团队在碳化硅色心自旋操控研究中取得重要进展。该团队李传锋、许金时等人与匈牙利魏格纳物理研究中心Adam Gali教授合作，在国际上首次实现了单个碳化硅双空位色心电子自旋在室温环境下的高对比度读出和相干操控。这是继金刚石氮空位（NV）色心后第二种在室温下同时具有高自旋读出对比度和高单光子发光亮度的固态色心，该成果对发展基于碳化硅这种成熟半导体材料的量子信息技术具有重要意义。该成果于2021年7月5日在线发表于《国家科学评论》（National Science Review）杂志上。固态自旋色心是量子信息处理的重要研究平台，金刚石NV色心是其突出的代表。自从1997年德国研究团队报道了室温下单个金刚石NV色心的探测以来，金刚石NV色心在量子计算、量子网络和量子传感等方面都取得了重要进展。近年来，为了利用更加成熟的材料加工技术和器件集成工艺，人们开始关注其他半导体材料中的相似色心。其中碳化硅中的自旋色心，包括硅空位色心（缺失一个硅原子）和双空位色心（缺失一个硅原子和一个近邻碳原子），因其优异的光学和自旋性质引起了人们广泛的兴趣。其中室温下单个硅空位色心的相干操控虽然已经实现，但其自旋读出对比度只有2%，而且天然块状碳化硅材料中单个硅空位色心的单光子发光亮度每秒仅有10 k个计数，如此低的自旋读出对比度和单光子发光亮度极大的限制了其在室温下的实际应用。而室温下单个双空位色心的相干操控还未见报道。李传锋、许金时研究组利用之前所发展的离子注入制备碳化硅缺陷色心的技术[ACS Photonics 6, 1736-1743 (2019) PRL 124, 223601(2020)]制备了双空位色心阵列。进一步利用光探测磁共振技术在室温下实现单个双空位色心的自旋相干操控，并发现其中一类双空位色心（称为PL6）的自旋读出对比度为30%，而且单光子发光亮度每秒可达150k个计数。这两项重要指标相比碳化硅中硅空位色心均提升了一个数量级，第一次展现了碳化硅自旋色心在室温下具有与金刚石NV色心相媲美的优良性质，并且单色心电子自旋在室温下的相干时间长达23微秒。研究团队还实现了碳化硅色心中单个电子自旋与近邻核自旋的耦合与探测，为下一步构建基于碳化硅自旋色心体系的室温固态量子存储与可扩展的固态量子网络奠定基础。实验结果图：室温下单个PL6色心的光学与自旋性质。（A）单色心阵列荧光成像图，橙色圈内为单个PL6色心；（B）单光子发光特性；（C）荧光饱和行为；（D）光探测磁共振（ODMR）谱；（E）Rabi振荡；（F）自旋相干时间。由于高读出对比度和高单光子发光亮度在量子信息的许多应用中至关重要，该成果为基于碳化硅的量子器件开辟了一个新的发展方向。审稿人高度评价该工作：“该论文的发现解决了碳化硅色心量子技术应用中的一个关键问题，该发现将会立即促进许多工作的发展（The discovery reported in this paper addresses a key issue in the quantum technology applications of color centers inSiC. The discovery will stimulate many works immediately）”；“其中一些结果，例如对一些色心30%的读出对比度是相当了不起的（Some of these results such as the 30% readout contrast from some of the centers are quite remarkable）”。中科院量子信息重点实验室博士后李强、王俊峰副研究员为论文的共同第一作者。该工作得到了科技部、国家基金委、中国科学院、安徽省和中国科学技术大学的资助。李强得到博士后创新人才支持计划的资助。论文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwab122