The conduction mechanisms and trapping effects at SiO2/4H-SiC interfaces in metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFETs) were studied by Fowler-Nordheim (FN) tunnelling and frequency dependent conductance measurements. In particular, the analysis of both MOS capacitors and MOSFETs fabricated on the same wafer revealed an anomalous FN behavior on p-type implanted SiC/SiO2 interfaces. The observed FN instability upon subsequent voltage sweeps was correlated to the charge-discharge of hole trap states close the valence band edge of 4H-SiC. The charge-discharge of these traps also explained the recoverable threshold voltage instability observed in lateral MOSFETs.

1.
M.
Shur
,
S.
Rumyanstev
, and
M.
Levinshtein
,
SiC Materials and Devices
(
World Scientific Singapore
,
2006
), Vol. 1.
2.
F.
Roccaforte
,
P.
Fiorenza
,
G.
Greco
,
R. Lo
Nigro
,
F.
Giannazzo
,
A.
Patti
, and
M.
Saggio
,
Phys. Status Solidi A
211
,
2063
(
2014
).
3.
S.-H.
Ryu
,
S.
Dhar
,
S.
Haney
,
A.
Agarwal
,
A.
Lelis
,
B.
Geil
, and
C.
Scozzie
,
Mater. Sci. Forum
615–617
,
743
(
2009
).
4.
V. V.
Afanas'ev
,
F.
Ciobanu
,
S.
Dimitrijev
,
G.
Pensl
, and
A.
Stesmans
,
J. Phys.: Condens. Matter
16
,
S1839
S1856
(
2004
).
5.
F.
Ciobanu
,
G.
Pensl
,
V. V.
Afanas'ev
, and
A.
Schöner
,
Mater. Sci. Forum
483–485
,
693
(
2005
).
6.
E.
Arnold
and
D.
Alok
,
IEEE Trans. Electron Devices
48
,
1870
(
2001
).
7.
N. S.
Saks
and
A. K.
Agarwal
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
3281
(
2000
).
8.
M.
Gurfinkel
,
H. D.
Xiong
,
K. P.
Cheung
,
J. S.
Suehle
,
J. B.
Bernstein
,
Y.
Shapira
,
A. J.
Lelis
,
D.
Habersat
, and
N.
Goldsman
,
IEEE Trans. Electron Devices
55
,
2004
(
2008
).
9.
T.
Kikuchi
and
M.
Ciappa
,
Microelectron. Reliab.
53
,
1730
(
2013
).
10.
M.
Noborio
,
M.
Grieb
,
A. J.
Bauer
,
D.
Peters
,
P.
Friedrichs
,
J.
Suda
, and
T.
Kimoto
,
Mater. Sci. Forum
645–648
,
825
(
2010
).
11.
H.
Yano
,
Y.
Oshiro
,
D.
Okamoto
,
T.
Hatayama
, and
T.
Fuyuki
,
Mater. Sci. Forum
679–680
,
603
(
2011
).
12.
R.
Singh
and
A. R.
Hefner
, “
Reliability of SiC MOS devices
,”
Solid-State Electron.
48
,
1717
1720
(
2004
).
13.
A.
Frazzetto
,
F.
Giannazzo
,
P.
Fiorenza
,
V.
Raineri
, and
F.
Roccaforte
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
072117
(
2011
).
14.
M.
Vivona
,
G.
Greco
,
F.
Giannazzo
,
R. Lo
Nigro
,
S.
Rascunà
,
M.
Saggio
, and
F.
Roccaforte
,
Semicond. Sci. Technol.
29
,
075018
(
2014
).
15.
R. K.
Chanana
,
K.
McDonald
,
M. Di
Ventra
,
S. T.
Pantelides
,
L. C.
Feldman
,
G. Y.
Chung
,
C. C.
Tin
,
J. R.
Williams
, and
R. A.
Weller
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
2560
(
2000
).
16.
J.
Rozen
,
S.
Dhar
,
S. K.
Dixit
,
V. V.
Afanas'ev
,
F. O.
Roberts
,
H. L.
Dang
,
S.
Wang
,
S. T.
Pantelides
,
J. R.
Williams
, and
L. C.
Feldman
,
J. Appl. Phys.
103
,
124513
(
2008
).
17.
S. T.
Sheppard
,
J. A.
Cooper
, Jr.
, and
M. R.
Melloch
,
J. Appl. Phys.
75
,
3205
(
1994
).
18.
N.
Inoue
,
T.
Kimoto
,
H.
Yano
, and
H.
Matsunami
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
36
,
L1430
(
1997
).
19.
H.
Yano
,
F.
Katafuchi
,
T.
Kimoto
, and
H.
Matsunami
,
IEEE Electron. Device Lett.
46
,
505
(
1999
).
20.
E. H.
Nicollian
and
J. R.
Brews
,
MOS Physics and Technology
(
Wiley
,
New York
,
1982
).
21.
G. Y.
Chung
,
C. C.
Tin
,
J. R.
Williams
,
K.
McDonald
,
M. Di
Ventra
,
S. T.
Pantelides
,
L. C.
Feldman
, and
R. A.
Weller
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
1713
(
2000
).
22.
V. V.
Afanas'ev
,
A.
Stesmans
,
F.
Ciobanu
,
G.
Pensl
,
K. Y.
Cheong
, and
S.
Dimitrijev
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
568
(
2003
).
23.
M.
Noborio
,
M.
Grieb
,
A. J.
Bauer
,
D.
Peters
,
P.
Friedrichs
,
J.
Suda
, and
T.
Kimoto
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
50
,
090201
(
2011
).
24.
G.
Pensl
,
F.
Ciobanu
,
T.
Frank
,
D.
Kirmse
,
M.
Krieger
,
S.
Reshanov
,
F.
Schmid
,
M.
Weidner
,
T.
Ohshima
,
H.
Itoh
, and
W. J.
Choyke
,
Microelectron. Eng.
83
,
146
(
2006
).
25.
S.
Noll
,
D.
Scholten
,
M.
Grieb
,
A. J.
Bauer
, and
L.
Frey
,
Mater. Sci. Forum
740–742
,
521
(
2013
).
26.
M.
Saggio
,
A.
Guarnera
,
E.
Zanetti
,
S.
Rascunà
,
A.
Frazzetto
,
D.
Salinas
,
F.
Giannazzo
,
P.
Fiorenza
, and
F.
Roccaforte
,
Proceedings of the 10th European Conference on Silicon Carbide and Related Materials, Grenoble (France)
, 21–25 September
2014
.
You do not currently have access to this content.