为什么选择半绝缘碳化硅做衬底？

gaosmile

之前，我们通过分析MOSFET，知道了通过控制PN结的变化，可以实现开关。

实际上，通过另外一种结构，也可以实现开关——肖特基结。

从结的概念出发，结：A和B两种材料的接触区域。

PN结：P型半导体和N型半导体的接触区域。N型半导体的电子向充满空穴的P型半导体扩散，该区域内P型半导体转变为半绝缘体，N型半导体转变为半绝缘体，存在从N型半导体到P型半导体的电场。

肖特基结：金属和N型半导体的接触区域。N型半导体的电子向能级低的金属的自由电子气扩散，该区域内金属转变为N型半导体，N型半导体转变为P型半导体，存在从N型半导体到金属的电场。

也就是，把MOSFET的栅极从金属+氧化物+半导体换成金属+N型半导体，就制成了MESFET(Metal-Semiconductor FET，金属-半导体场效应晶体管)。

但是，MESFET分为两种：

1.常开型/增强型：如果N型半导体很厚，那栅极不加电压的时候从源极到漏极就是导通的，也就是一个一开始开着的开关。

2.常闭型/耗尽型：如果N型半导体很薄，那栅极不加电压的时候从源极到漏极就是阻断的，也就是一个一开始关着的开关。

由此可见，为什么选择半绝缘衬底呢？因为如果是导电衬底，该结构会一直导通，无法实现开关控制；而且半绝缘衬底可以减少寄生电容。一般来说，N型半导体是砷化镓，会选择砷化镓半绝缘衬底；N型半导体是氮化镓，衬底的选择会是碳化硅、氮化镓等。半绝缘碳化硅就在这方面有用武之地。

那么结构中为什么强调是N型半导体呢？因为电子迁移率大于空穴迁移率，以此实现更快的迁移。这也是选择肖特基结的原因。

为了进一步提高迁移速率，还可以在结构中制造半绝缘-半绝缘异质结。

调制掺杂金属铝Al形成的AlxGa1-xAs/GaAs异质结或者AlxGa1-xN/GaN异质结：半绝缘体和半绝缘体的接触区域。由于Al掺杂区域能量较低，因此未掺杂区域的电子被吸引到接触面上，也就是所谓的二维电子气。

这些电子的迁移速率就得到了进一步的提升，而这结构就被称为MODFET（Modulation-Doped FET，调制掺杂场效应晶体管）或者HEMT（High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管）。

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