碳化硅（SiC）是一種寬帶隙半導體材料，具有獨特的物理、化學和電學特性，其高臨界電場和熱導率使SiC成為制造高功率、低功耗半導體器件的理想材料。高熱穩(wěn)定性、出色的化學惰性和硬度使SiC器件能夠運行在高溫條件下的惡劣環(huán)境中。SiC器件從1906年發(fā)布的第一款商用半導體器件SiC探測器就開始了它豐富的發(fā)展史，但很快被真空管取代。20世紀50年代中期開發(fā)的一種生產(chǎn)高質(zhì)量SiC晶體的新方法促使SiC再度成為半導體電子材料，1959年在波士頓舉行的第一次SiC會議標志著這一時期的開始。接下來的20年中，對SiC材料特性進行了廣泛的研究，并顯著改進了SiC加工工藝，但只有不規(guī)則形狀的SiC薄片允許小規(guī)模生產(chǎn)并用于特定應用的藍光和黃光SiC LED。SiC晶體的籽晶生長法是在70年代末發(fā)明的，為大規(guī)模制造SiC器件開辟了道路。80年代末SiC外延技術的發(fā)展促使90年代初標準尺寸SiC晶圓和藍光LED進入市場，從而促使了SiC作為商用電子器件材料的復興。
盡管SiC LED于20世紀90年代末在市場上被更高效的Ⅲ族氮化物LED取代，但SiC生長和加工技術的發(fā)展并未止步。在過去十年中，可再生能源的快速增長和減少碳排放的嚴格措施導致對高效電力電子產(chǎn)品的巨大需求。SiC以其優(yōu)異的性能和發(fā)達的生長加工技術成為新一代半導體功率器件的首選材料。如今，SiC肖特基二極管和MOSFET已經(jīng)商品化，SiC電子產(chǎn)品被公認為現(xiàn)代工業(yè)的重要組成部分，在高效功率半導體器件市場占有一定份額。在對提高SiC器件性能和可靠性以及商業(yè)生產(chǎn)成本效率需求不斷增長的同時，SiC技術研究也在顯著加強。進一步發(fā)展SiC技術的另一個驅(qū)動力是SiC作為高溫和高頻電子材料的巨大潛力，但這一點仍未實現(xiàn)，期待早日出現(xiàn)SiC在這些應用中優(yōu)于傳統(tǒng)半導體的有力證明。
自1993年以來，該領域的進展和最新趨勢定期在國際和歐洲SiC及相關材料會議上進行討論�，F(xiàn)在，這些會議的論文集每年都會出版并廣泛傳播，同時還有系列精裝書籍對SiC材料表征、晶體生長和器件加工技術的現(xiàn)狀進行了詳細論述和深入分析。第一本此類書籍于1997年出版，它由Wolfgang J.Choyke、Hiroyuki Matsunami和Gerhard Pensl主編，收集了大約50篇論文，涵蓋了從SiC基本特性、晶體生長和材料表征到器件加工以及SiC器件的設計和應用的整個領域。多年來，它在科學界很受歡迎，甚至被稱為“藍皮書”。2004年，它又收錄了SiC電子學的最新發(fā)展并進行了更新，至今仍是一本重要的參考書。從那時到2015年，編輯出版的書籍很少，它們根據(jù)編者的選擇提供了SiC電子各個主題的評論論文集。2014年，Tsunenobu Kimoto和James A.Cooper出版了一本經(jīng)典教科書，與其他書籍相比，它并不旨在對每個主題進行完整的深入評述，而是無縫地描述了SiC技術，從材料特性到SiC器件的系統(tǒng)應用。據(jù)作者所知，上面這些就是21世紀出版的關于SiC的所有書籍，作者認為目前需要及時出版一本新書，以支持出版物的周期性并評述快速發(fā)展的SiC技術的最新水平。
SiC科學技術在過去的兩個十年中日趨成熟，包括從基礎物理到電路設計的許多方面�；�于此，作者主要根據(jù)SiC器件加工工藝來確定《碳化硅器件工藝核心技術》的篇幅和范圍�！短蓟�硅器件工藝核心技術》第1～4章專門介紹SiC器件加工的一個重要部分，即金屬接觸的制造和表征。第1章重點介紹SiC表面清洗，這是任何器件加工的第一步，也是必不可少的步驟。緊隨其后的第2章描述了SiC歐姆接觸的基本原理、電學表征方法和工藝。詳細分析了接觸電阻率對材料特性的依賴性、接觸電阻率測量的極限和精度、關于歐姆接觸制造和測試結(jié)構設計的實用建議、迄今為止報道的不同金屬化方案和加工技術的重要概述。該章還討論了SiC歐姆接觸的熱穩(wěn)定性、保護以及與器件工藝的兼容性。第3章論述了肖特基勢壘形成的基本物理原理，并針對SiC的具體情況進行了修正。接下來，介紹了SiC材料中肖特基勢壘不均勻性的重要基礎課題。然后，該章用一節(jié)的篇幅專門介紹4H�睸iC肖特基和結(jié)勢壘肖特基二極管的設計加工。該章還簡要討論了Si/SiC異質(zhì)結(jié)二極管作為整流接觸的特殊情況。該章最后一節(jié)提供了SiC肖特基二極管在電力電子和溫度/光傳感器中的一些常見應用。第4章回顧高功率SiC單極和雙極開關器件，討論了不同類型SiC器件的挑戰(zhàn)和前景，包括材料和工藝對器件性能的限制，以闡明金屬接觸對SiC的主要應用領域。
《碳化硅器件工藝核心技術》第5～9章中，作者集中精力對作為SiC技術的一個特定且重要的組成部分的SiC器件工藝進行詳細論述和深入分析。作者特意從本書中排除了SiC材料表征、體材料生長、外延、器件設計、電路設計和應用等內(nèi)容，因為SiC電子學的這些領域非常廣泛和成熟，需要單獨和綜合考慮。第5章歷史性地概述了自然界中SiC的發(fā)現(xiàn)、第一次人工合成，以及SiC體材料和外延生長的關鍵步驟。簡述了閱讀和理解本書其他章節(jié)所需的SiC材料的特性。還展示了SiC晶圓和外延結(jié)構的商業(yè)化生產(chǎn)和可用性的現(xiàn)狀以及SiC功率器件的潛在市場。最后，通過估算和直接比較兩個具有相同額定功率但由SiC和Si制造的單極器件的電特性，證明在功率系統(tǒng)中采用SiC器件的好處。第6章論述了SiC器件中使用的主要電介質(zhì)。電子器件中最常用的電介質(zhì)是SiO2和Si3N4，因此首先介紹它們，然后是高κ介質(zhì)（即介電常數(shù)高于Si3N4的介質(zhì)）。在關注SiC熱氧化之前，討論了介質(zhì)沉積的方法;論證了氧化工藝和氧化后退火的不同參數(shù)，這些參數(shù)對氧化層質(zhì)量和SiO2/SiC界面中碳殘留的形成有影響;論述了使用各種介質(zhì)層形成技術提高SiC MOSFET中電子遷移率的努力及取得的進展;還討論了介質(zhì)對SiC表面鈍化的相關問題。接下來的第7章旨在提供SiC器件制造中采用離子注入的所有必要信息。首先介紹了離子注入技術及其在SiC器件加工技術中的應用，特別關注通道效應和雜散效應，這在SiC中比在Si晶體中更明顯。討論了離子注入實現(xiàn)SiC n型和p型摻雜的主要特性以及用于雜質(zhì)激活的不同退火技術。該章還描述了晶體質(zhì)量和缺陷形成問題，并提出了一種用于低缺陷表面摻雜的新型注入技術。最后幾節(jié)介紹了注入模擬和表征方面以及一些實際方面的信息，例如注入設備和設施等。第8章可作為SiC干法刻蝕的綜合指南。它的第一部分解釋了為什么含氟試劑主要用于SiC刻蝕，討論了工藝中添加其他氣體的影響及其可能的刻蝕機制。第二部分致力于通過各種等離子體參數(shù)控制刻蝕速率。第三部分涉及與刻蝕表面形貌有關的問題。硬掩模材料，尤其是它們對SiC的選擇性是第四部分的主題。在后續(xù)部分，討論了等離子體刻蝕之前或之后的SiC表面處理、刻蝕中為SiC晶圓選擇合適的載體，以及刻蝕表面的電性能。該章還討論了用于通孔和MEMS應用的SiC深度刻蝕以及自上而下形成的SiC納米線。第9章重點介紹了SiC納米結(jié)構的制造、工藝和器件集成。首先，該章描述了SiC納米晶體的不同制造方法，由于它們在光電子結(jié)構中的潛在應用，特別是在納米級紫外光發(fā)射器中的潛在應用，這些方法已成為深入研究的主題，這些方法包括化學氣相沉積、電化學和化學腐蝕、激光燒蝕等。然后，該章的大部分內(nèi)容專門討論SiC納米線(NW)制造技術，它們分為兩類：自上而下和自下而上的方法。使用不同前驅(qū)體和催化劑的汽�惨邯补蹋╒LS）、汽�补蹋╒S）、固�惨邯补蹋⊿LS）SiC NW生長技術構成了自下而上的方法，該章將對此進行討論。然后，解決了其他半導體中常用的自上向下技術方法，包括電子束光刻和隨后的干法刻蝕。接下來專門介紹基于SiC NW基器件的加工技術，主要是歐姆接觸的形成。該章最后簡述了SiC納米線在場效應晶體管中的應用。
《碳化硅器件工藝核心技術》會引起在SiC及相關材料領域工作的技術人員、科學家、工程師和研究生的濃厚興趣�！短蓟�硅器件工藝核心技術》也可作為研究生相關專業(yè)課程的補充教材。
總之，感謝所有參編者的辛勤工作和對《碳化硅器件工藝核心技術》的寶貴貢獻，以保證其科學質(zhì)量和現(xiàn)實性。還要對Materials Research Forum LLC的Thomas Wohlbier表示深深的感謝，他在編輯過程中非常靈活和耐心地滿足了我們的所有愿望，并為及時出版《碳化硅器件工藝核心技術》盡了最大的努力。

Konstantin Vasilevskiy
Konstantinos Zekentes