摘要
硅绝缘体（SOI）中的埋氧化层（BOX）抑制了硅薄膜的热散发，并导致显著的自加热效应（SHE）。本文展示了一种新型的异质集成工艺和器件架构，利用硅基碳化硅（Si-on-SiC）技术有效解决了SOI中的热挑战。对这种架构的自加热效应（SHE）进行了TCAD仿真，并与SOI进行了比较。在常温下（VG=VD=1.8V，300 K），Si-on-SiC仅表现出2.2%的自加热引起的电流退化，这相比SOI中的10.2%有了显著改善，同时最大晶格温度上升11.5 K，也低于SOI中的57.9 K。此外，针对这种新型基板开发了标准的高k/金属栅CMOS工艺，并成功制造了n型和p型MOSFET器件，证明这种类似SOI的架构完全兼容标准CMOS工艺。

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作者名：Junyi Yang1, Yingxin Chen1, Wei Zhang1, Shiyun Feng2,3, Weier Lu2, Bo Li2,Fanyu Liu2*, and Jing Wan1

Foundation of China (62474052), Shanghai Science and  Technology Commission "explorer project"

输出特性曲线ID-VD
两个MOSFET的输出特性曲线如图2(a)和(b)所示。通过比较包含和不包含自加热效应的仿真结果，发现两种器件的输出电流ID均因自加热效应而减少。然而，与SOI相比，Si-on-SiC表现出显著较低的自加热效应影响。在栅电压（VG）和漏电压（VD）均设置为1.8V时，SOI器件的输出电流减少了10.2%，而Si-on-SiC器件仅减少了2.2%，这表明Si-on-SiC的自加热引起的电流退化远低于SOI。两种MOSFET在这种工作电压下的晶格温度如图3(a)和(b)所示。可以观察到，两种器件都表现出了不同程度的自加热效应。SOI器件的最大晶格温度为357.9 K，明显高于Si-on-SiC器件的311.5 K。

从图3(a)和(b)中可以看出，漏极的温度高于源极，MOSFET的峰值温度出现在漏极位置。在n型MOSFET的情况下，由于栅极和漏极的正偏置，在这个位置产生了峰值电场。载流子在较强电场的作用下获得更多能量，导致散射增强，并且更多的能量转移到晶格上，造成显著的自加热效应。

此外，图3(a)中可以明显看到SOI的BOX两侧的温差，表明BOX确实阻碍了从通道向基板散热的过程。相反，SiC基板表现出相对较小的温差，这可归因于SiC材料的高热导率。

上述电气和热仿真结果表明，Si-on-SiC的自加热效应明显低于SOI，这对于需要在高温和高功率环境下运行的应用具有很大的潜力。