SiC 能够如同 Si 一般，通过热氧化过程在晶圆表面生成优质的 SiO₂绝缘膜，这一特性为 SiC 器件的制造带来了显著优势。在平面栅 SiC MOSFET 中，热氧化形成的 SiO₂常被用作栅极绝缘膜，且该技术已实现产品化。不过，SiC 的热氧化与 Si 的热氧化存在若干差异，在将热氧化工艺应用于 SiC 器件制造时，这些差异不容忽视。其一，相较于 Si，SiC 的热氧化速率较低。这意味着该过程不仅耗时漫长，还需在高温条件下进行。在 SiC 热氧化过程中，充分考虑高温工艺对装置造成的负荷至关重要。此外，SiC 的热氧化速率呈现出显著的各向异性，其速率受晶体表面影响较大。通常情况下，在（0001）Si 面的热氧化速率最慢，而在（0001—）C 面最快。例如，在制造沟槽栅 SiC MOSFET 时，若要在与 Si 面和 C 面正交的面上形成栅极氧化膜，就需要借助 CVD 氧化膜等措施。关于热氧化的气氛，可选用水蒸气和干氧气。与 Si 类似，在水蒸气气氛下，SiC 的氧化速率更大。由于气氛气体对 SiC/SiO₂界面电子、空穴陷阱的形成有影响，所以在选择气氛气体时需格外谨慎。另外，在 SiC 的热氧化过程中，构成 SiC 的碳会以 CO 或 CO₂的形式从 SiO₂中脱离。据了解，除了 SiC/SiO₂界面附近，SiC 热氧化形成的 SiO₂中碳残留极少。在适当条件下，SiC 热氧化形成的 SiO₂的绝缘击穿场强与 Si 的热氧化 SiO₂相当，甚至更优，因此在电气绝缘性能方面不存在本质性问题。SiC 与 Si 的热氧化膜最显著的区别在于，SiC 在 SiC/SiO₂界面会形成大量电子、空穴陷阱。这些陷阱会对器件性能产生负面影响，比如增大 MOSFET 导通时的电阻，导致电气特性随时间发生变化。为此，人们尝试了多种降低界面陷阱密度的方法。其中，在 NO、N₂O 等氮化气体气氛中对 SiC/SiO₂界面进行退火处理，是一种广泛应用的手段，它能够显著提升 MOSFET 中 SiC/SiO₂界面电子的有效迁移率。进行这种氮化退火处理时，所需温度与热氧化过程相同或更高，这就需要配备能适应高温的退火处理装置。尽管电子和空穴陷阱的起源被认为与碳残留相关的复合缺陷有关，但这一观点仍存在争议。目前，众多机构正在持续开展进一步降低陷阱密度的研究与开发工作。关于 SiC/SiO₂界面陷阱对 MOSFET 的影响，三菱电机对其制造的平面栅 SiC MOSFET 开展了栅极电压应力试验（HTGB 试验），结果如图 1 所示。试验将测试温度设定为 150℃，在栅极与源极之间持续施加 20V 或 - 20V 电压，观察阈值电压的变化情况。试验结果显示，所有参与测试的 MOSFET，无论施加的栅极电压是正还是负，阈值电压的变动量都极小，展现出良好的稳定性。表 1 汇总了施加 1000 小时栅极电压后导通电阻和阈值电压的变化量。与阈值电压类似，导通电阻的变动量也非常小，不会对器件性能造成影响。
表 1：SiC MOSFET 施加栅极电压测试后导通电阻、阈值电压变化量近年来，当向 SiC MOSFET 的栅极施加高频交流电压时，阈值电压等电特性随时间发生偏移的现象引起了广泛关注。这种特性漂移是一个随时间逐渐发生的过程，与电压扫描中常见的滞回特性有所不同，其原因是 SiC/SiO₂界面处的陷阱对电荷的捕获与释放。若漂移量过大，在实际应用中可能会引发问题，因此应用端有时会对长期可靠性表示担忧。图 2 展示了向 SiC MOSFET 的栅极施加高频 AC 偏压时阈值电压随时间的变化情况。对比发现，三菱电机的 SiC MOSFET 阈值电压漂移量小，稳定性良好，与其他公司产品（A 公司）相比存在较大差异。
图 2：SiC MOSFET 栅极施加高频 AC 应力时的阈值电压变化在 SiC MOSFET 中，栅极施加偏置电压时电气特性的不稳定现象时有发生，相关报告众多，情况略显复杂。MOSFET 栅极相关特性的稳定性在很大程度上取决于栅极绝缘膜的制作方法、元件结构以及驱动条件等因素。此外，导通电阻的降低与特性的稳定性并非总能兼顾。为了获得低电阻且特性稳定的 SiC MOSFET，需要基于大量的经验与数据，对工艺和结构进行优化。
