一种碳化硅基氧化镓复合物及其制备方法和应用

本发明属于半导体，具体涉及一种碳化硅基氧化镓复合物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、5g、特高压输电、城际轨道交通、充电桩和新能源汽车等领域，对高压功率器件都有着不同程度的需求。随着应用范围的不断提升，sic材料会像si材料一样，耐压能力逐步趋向于其理论极限。氧化镓(ga2o3)其具有更大的禁带宽度，比如，β-ga2o3的禁带宽度可以达到4.8ev，α-ga2o3的禁带宽度更是可以达到5.3ev。因此，氧化镓的理论击穿电场可以达到4h-sic的3倍，巴利加优值为sic的10倍；使得氧化镓在制造相同耐压的单极功率器件时，元件的导通电阻比sic和gan器件低很多，降低导通电阻有利于减少电源电路在导通时的电力损耗。上述优点使得氧化镓成为了高压整流器和增强型金属氧化物场效应晶体管等电力电子设备的理想材料。ga2o3可通过简单的低成本和成熟的熔体生长方法获得高质量大尺寸单晶，并且可以实现si和sn大范围可调的掺杂浓度。此外，相比于坚硬的碳化硅，氧化镓的抛光成本和外延成本更低，这也为氧化镓材料在各类应用中降低了成本。

2、然而，与第三代半导体的gan(110w/m·k)和sic(700w/m·k)相比，ga2o3的导热性很差。比如，β-ga2o3的室温[100]方向下的热导率为11w/m·k，[010]方向下的热导率为29w/m·k和[001]方向下的热导率为21w/m·k，这限制了其在高功率器件的应用。为了提高氧化镓的散热能力，目前有采用在碳化硅衬底上生长氧化镓才提高器件的散热能力。这与纯氧化镓衬底相比，是显著提高了散热能力。但是，两种材料的晶格差异大，界面缺陷的存在，造成了碳化硅和氧化镓接触的界面热阻大，严重阻碍了热量从氧化镓传导到高导热的碳化硅衬底，削弱了碳化硅的高导热性能，无法发挥其优势。

3、因此，开发一种碳化硅和氧化镓接触的界面导热能力强的碳化硅基氧化镓是有必要的。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明目的之一在于提供一种碳化硅基氧化镓复合物，该碳化硅基氧化镓复合物是通过在碳化硅基氧化镓的碳化硅衬底和氧化镓薄膜之间设置氧化硅层，可以显著的提高碳化硅和氧化镓接触的界面导热能力，界面导热可以达到82.25mw/m2·k。

2、为了达到上述目的，本发明可以采用以下技术方案：

3、本发明一方面提供一种碳化硅基氧化镓复合物，其是在碳化硅基氧化镓的碳化硅衬底和氧化镓薄膜之间设置氧化硅层。

4、优选地，上述氧化硅层的厚度为0.5nm-200nm。

5、优选地，上述氧化硅层为非晶、多晶或单晶。

6、优选地，上述碳化硅衬底为非晶、单晶或多晶；和/或上述碳化硅衬底的晶型为3c、4h、6h或15r；和/或上述碳化硅衬底的厚度为50μm-2000μm。

7、优选地，上述氧化镓薄膜为非晶、多晶或单晶；和/或上述氧化镓薄膜的晶体结构为α-ga2o3、β-ga2o3、ε-ga2o3、γ-ga2o3或δ-ga2o3；和/或上述氧化镓薄膜的厚度为10nm-1000μm。

8、本发明另一方面提供一种上述的碳化硅基氧化镓复合物的制备方法，其包括以下3种方法中的一种：(a)先在碳化硅衬底上通过薄膜沉积方法沉积氧化硅层，然后在氧化硅层上通过薄膜沉积方法沉积氧化镓薄膜；(b)先在碳化硅衬底上通过薄膜沉积方法沉积氧化硅层，然后在氧化硅层上通过离子键合方法键合氧化镓薄膜；(c)先在碳化硅衬底上通过薄膜沉积方法沉积氧化镓薄膜，然后通过热氧化的方法在碳化硅衬底和氧化镓薄膜之间形成氧化硅层。

9、本发明再一方面提供一种提高碳化硅基氧化镓中碳化硅衬底和氧化镓薄膜之间的界面导热能力的方法，其包括在碳化硅基氧化镓的碳化硅衬底和氧化镓薄膜之间设置氧化硅层。

10、优选地，上述氧化硅层的厚度为0.5nm-200nm。

11、优选地，上述在碳化硅基氧化镓的碳化硅衬底和氧化镓薄膜之间设置氧化硅层的方法包括以下3种方法中的一种：(a)先在碳化硅衬底上通过薄膜沉积方法沉积氧化硅层，然后在氧化硅层上通过薄膜沉积方法沉积氧化镓薄膜；(b)先在碳化硅衬底上通过薄膜沉积方法沉积氧化硅层，然后在氧化硅层上通过离子键合方法键合氧化镓薄膜；(c)先在碳化硅衬底上通过薄膜沉积方法沉积氧化镓薄膜，然后通过热氧化的方法在碳化硅衬底和氧化镓薄膜之间形成氧化硅层。

12、本发明有益效果至少包括：本发明提供的碳化硅基氧化镓复合物可以显著的提高碳化硅和氧化镓接触的界面导热能力，界面导热可以达到82.25mw/m2·k。

技术特征：

1.一种碳化硅基氧化镓复合物，其特征在于，在碳化硅基氧化镓的碳化硅衬底和氧化镓薄膜之间设置氧化硅层。

2.根据权利要求1所述的碳化硅基氧化镓复合物，其特征在于，氧化硅层的厚度为0.5nm-200nm。

3.根据权利要求1或2所述的碳化硅基氧化镓复合物，其特征在于，氧化硅层为非晶、多晶或单晶。

4.根据权利要求1或2所述的碳化硅基氧化镓复合物，其特征在于，碳化硅衬底为非晶、单晶或多晶；和/或碳化硅衬底的晶型为3c、4h、6h或15r；和/或碳化硅衬底的厚度为50μm-2000μm。

5.根据权利要求1或2所述的碳化硅基氧化镓复合物，其特征在于，氧化镓薄膜为非晶、多晶或单晶；和/或氧化镓薄膜的晶体结构为α-ga2o3、β-ga2o3、ε-ga2o3、γ-ga2o3或δ-ga2o3；

6.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的碳化硅基氧化镓复合物的制备方法，其特征在于，其制备方法包括以下3种方法中的一种：(a)先在碳化硅衬底上通过薄膜沉积方法沉积氧化硅层，然后在氧化硅层上通过薄膜沉积方法沉积氧化镓薄膜；(b)先在碳化硅衬底上通过薄膜沉积方法沉积氧化硅层，然后在氧化硅层上通过离子键合方法键合氧化镓薄膜；(c)先在碳化硅衬底上通过薄膜沉积方法沉积氧化镓薄膜，然后通过热氧化的方法在碳化硅衬底和氧化镓薄膜之间形成氧化硅层。

7.一种提高碳化硅基氧化镓中碳化硅衬底和氧化镓薄膜之间的界面导热能力的方法，其特征在于，包括在碳化硅基氧化镓的碳化硅衬底和氧化镓薄膜之间设置氧化硅层。

8.根据权利要求7所述的提高碳化硅基氧化镓中碳化硅衬底和氧化镓薄膜之间的界面导热的方法，其特征在于，氧化硅层的厚度为0.5nm-200nm。

9.根据权利要求7或8所述的提高碳化硅基氧化镓中碳化硅衬底和氧化镓薄膜之间的界面导热能力的方法，其特征在于，在碳化硅基氧化镓的碳化硅衬底和氧化镓薄膜之间设置氧化硅层的方法包括以下3种方法中的一种：(a)先在碳化硅衬底上通过薄膜沉积方法沉积氧化硅层，然后在氧化硅层上通过薄膜沉积方法沉积氧化镓薄膜；(b)先在碳化硅衬底上通过薄膜沉积方法沉积氧化硅层，然后在氧化硅层上通过离子键合方法键合氧化镓薄膜；(c)先在碳化硅衬底上通过薄膜沉积方法沉积氧化镓薄膜，然后通过热氧化的方法在碳化硅衬底和氧化镓薄膜之间形成氧化硅层。

技术总结
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种碳化硅基氧化镓复合物及其制备方法和应用。该碳化硅基氧化镓复合物是通过在碳化硅基氧化镓的碳化硅衬底和氧化镓薄膜之间设置氧化硅层。该碳化硅基氧化镓复合物可以显著的提高碳化硅和氧化镓接触的界面导热能力，界面导热可以达到82.25MW/m<supgt;2</supgt;·K。

技术研发人员：马宏平,沈毅
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15