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  • Title/Summary/Keyword: 이종재료 접합

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수직형 발광다이오드의 표면패턴 밀도 증가에 따른 광추출 효율 향상에 관한 연구

  • Jeong, Ho-Yeong;Kim, Su-Jin;Kim, Gyeong-Heon;An, Ho-Myeong;Kim, Tae-Geun
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2013.02a
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    • pp.416-417
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    • 2013
  • 최근 질화물계 발광다이오드(light emitting diode, LED) 소자는 핸드폰, 스마트 TV 등의 디스플레이 분야와 실내외조명, 감성조명, 특수조명 등의 조명분야에 그 응용분야가 급속히 확대되고 있다. 이러한 LED 소자는 에너지 절감과 친환경에 장점을 가지고, 가까운 미래에 조명시장을 대체할 것으로 예상된다. 이를 만족하기 위해서는 현재보다 더 높은 효율을 갖는 LED 개발이 요구되어지고 있는 상황이다. 일반적으로 질화물계 LED 소자의 효율은 내부양자 효율, 광추출 효율 등으로 나타낼 수 있다. 내부 양자효율은 성장된 결정의 질의 개선 및 다층의 이종접합 또는 다중양자우물 구조와 같이 활성층의 캐리어 농도를 높이는 접합구조로 설계되어 80% 이상의 효율을 나타낸다. 그러나 광추출 효율은 이에 미치지 못하고 있다. 이는 반도체 재료의 높은 굴절률로 인하여 빛이 외부로 탈출하지 못하고 내부로 반사되거나 물질 안에서 흡수가 일어나기 때문이다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 많은 연구 그룹들은, 표면에 패턴 형성하여 빛의 전반사를 줄여 그 효율을 올리는 연구결과를 보고하고 있다. 대표적인 방법으로는 wet etching, 전자빔 리소그라피, 나노임프린트 리소그라피, 레이저 홀로 리그라피, 나노스피어 리소그라피 등이 사용되고 있다. 이 중, 나노스피어 리소그라피는 폴리스틸렌 혹은 실리카 등과 같은 나노 크기의 bead를 사용하여 반도체 기판 표면에 단일층으로 고르게 코팅한 마스크로 사용하여 패턴을 주는 방법이다. 이 방법의 장점으로는 대면적에 균일한 패턴을 형성할 수 있고, 공정비용이 저렴하여 양산하기에 적합하다는 특징이 있다. 나노스피어 리소그라피를 통해서 표면에 생성된 패턴 모양의 각도에 따라서, 식각되는 깊이에 변화에 따라 실험한 결과들은 있지만, 아직까지 크기가 다른 나노입자들의 마스크 이용하여 형성된 패턴 밀도에 따른 광 추출 효과에 대한 연구가 많이 미흡하다. 따라서 본 연구에서는 다양한 크기의 실리카로 패턴을 형성시켜 패턴 밀도에 대한 광추출 효율의 효과에 대해서 조사하였다. 실험 방법으론, DI, 에탄올, TEOS, 암모니아의 순서대로 그 혼합 비율을 조정하여 100, 250, 500 nm 크기의 나노입자를 합성하였고 이것을 질화물계 LED의 표면 위에 단일층으로 스핀코팅 방법을 통해 코팅을 하였다. 그 후 ICP-RIE 방법으로 필라 패턴을 형성하였는데, 그 결과 100 nm SiO2 입자를 이용한 경우 4.5×109/cm2, 250 nm의 경우 1.4×109/cm2, 500 nm의 경우 0.4×109/cm2의 패턴의 밀도를 보여주었다(Fig. 1). 패턴의 밀도에 따라 전계광학적 특성을 확인하여 보았는데, 그 결과는 평평한 표면과 비교하였을 때 100 nm에서 383%, 250 nm에서는 320%, 500 nm에서는 244% 상승하는 결과를 보여주었다(Fig. 2). 이번 실험을 통해서 LED의 광추출 효율은 표면 모양과 깊이 뿐 아니라 밀도가 커질수록 그 효율이 올라간다는 사실을 알 수 있었다.

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Impact Resistance Reliability of Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In Solder Joints (Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 조성 솔더 접합부의 내 충격 신뢰성 평가)

  • Yu, A-Mi;Lee, Chang-Woo;Kim, Jeong-Han;Kim, Mok-Soon;Lee, Jong-Hyun
    • Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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    • 2008.06a
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    • pp.226-226
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    • 2008
  • 지난 10여년 동안 Sn-3.0Ag-0.5(wt%)Cu 합금은 대표 무연솔더 조성으로 다양한 전자제품의 실장 및 접합에 적용되어 왔으며, 그 신뢰성 역시 충분히 검증된 바 있다. 그러나 최근 Ag 가격의 급격한 상승과 솔더 접합부의 내 충격 신뢰성을 보다 향상시키고자 하는 업계의 동향은 Ag의 함량이 낮은 무연솔더 조성의 적용 확대를 유도하고 있다. 이에 따라 본 연구자들은 저 Ag 함유 무연슬더로 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 조성을 제안한 바 있는데, 이는 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성 이상의 solderability를 가지면서도 그 금속원료 가격이 약 20% 가량 저렴한 특징을 가진다. 또한 열 싸이클링 (cycling) 테스트를 통한 슬더 조인트의 신뢰성을 평가한 결과, Sn-3.0Ag-0.5Cu에 크게 뒤떨어지지 않는 양호한 특성이 관찰되었다. 따라서 본 연구에서는 열 싸이클링 테스트와 더불어 최근 그 중요성이 지속적으로 커지고 있는 내 충격 신뢰성 평가 시험을 실시하여 개발된 4원계 무연솔더 조성의 기계적 특성을 기존 무연솔더 조성과 비교, 분석해 보았다. 각 솔더 조성은 솔더 볼 형태로 제조되어 CSP(Chip Scale Package) 상에 범핑 (bumping)되었으며, CSP를 PCB(Printed Circuit Board) 상에 실장하는 공정에서도 Sn-3.0Ag-0.5Cu 및 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In의 두 종류의 솔더 페이스트가 사용되었다. 본 연구에서의 내 충격 신뢰성 시험에는 자체 제작한 rod drop 시험기를 사용하였는데, 고정된 CSP 실장 board의 후면 부위를 일정한 높이에서 추를 반복적으로 자유 낙하시켜 급격한 충격을 주는 방식으로 실험을 실시하였다. 이 때 추의 무게는 30g, 낙하 높이는 10cm 였으며, 추의 낙하 시 측정된 board 의 휨 변위량은 약 0.7mm로 측정되었다. 사용된 CSP와 PCB 는 모두 daisy chain 방식으로 연결되어 있기 때문에 저항측정기를 사용한 간단한 실시간 저항 측정 방법으로 시험 이력에 따른 파단부의 발생 시점과 대략의 위치를 손쉽게 확인할 수 있었다. 솔더 조인트의 파단 기준 저항값으로 1000Ω을 설정하였으며. 각 조건 당 5 개 이상의 샘플에 대해 평가를 실시한 후 그 평균값을 조사하였다. 시험 결과 제안된 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 조성은 대표적인 저 Ag 함유 조성인 Sn-1.0Ag-0.5Cu에 비해서는 떨어지는 내 충격 신뢰성을 나타내었지만, 우수한 연성에 기인하여 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성에 비해서는 약 2 배 이상 우수한 신뢰성이 관찰되었다. 또한 CSP의 실장 시 Sn-3.0Ag-0.5Cu보다 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 조성 솔더 페이스트를 적용한 경우에서 보다 우수한 내 충격 신뢰성을 나타내어 기본적으로 개발된 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 솔더 페이스트가 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성의 기존 솔더 페이스트 보다 내 충격 신뢰성이 우수함을 검증할 수 있었다. 각 조성의 솔더 조인트를 150C 에서 500시간 aging한 후 실시한 내 충격 신뢰성 평가에서는 모든 조성에서 그 신뢰성이 급감하는 경항을 나타내었으나, Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In가 Sn-l.0Ag-0.5Cu보다도 그 상대적인 신뢰성이 우수한 것으로 관찰되었다. 이와 같이 aging 후 실시하는 충격시험은 가장 실제적인 상황과 유사한 조건이므로 상기의 실험 결과는 매우 고무적이었으며, 이에 대한 보다 면밀한 분석이 요청되었다. 마지막으로 파면 및 미세조직 관찰을 통하여 각 조성에서의 충격 파단 특성을 비교, 분석해 보았다.

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Fabrication and Electrical Insulation Property of Thick Film Glass Ceramic Layers on Aluminum Plate for Insulated Metal Substrate (알루미늄 판상에 글라스 세라믹 후막이 코팅된 절연금속기판의 제조 및 절연특성)

  • Lee, Seong Hwan;Kim, Hyo Tae
    • Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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    • v.24 no.4
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    • pp.39-46
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    • 2017
  • This paper presents the fabrication of ceramic insulation layer on metallic heat spreading substrate, i.e. an insulated metal substrate, for planar type heater. Aluminum alloy substrate is preferred as a heat spreading panel due to its high thermal conductivity, machinability and the light weight for the planar type heater which is used at the thermal treatment process of semiconductor device and display component manufacturing. An insulating layer made of ceramic dielectric film that is stable at high temperature has to be coated on the metallic substrate to form a heating element circuit. Two technical issues are raised at the forming of ceramic insulation layer on the metallic substrate; one is delamination and crack between metal and ceramic interface due to their large differences in thermal expansion coefficient, and the other is electrical breakdown due to intrinsic weakness in dielectric or structural defects. In this work, to overcome those problem, selected metal oxide buffer layers were introduced between metal and ceramic layer for mechanical matching, enhancing the adhesion strength, and multi-coating method was applied to improve the film quality and the dielectric breakdown property.

Mechanical Properties of Friction Welded SM 45C-SF 45 Joints for Automobile Reverse Idle Gear Shaft Applications (자동차 후진기어용 축재(SM 45C-SF 45)의 이종마찰용접 특성)

  • Kong, Yu-Sik;Yun, Seong-Pil;Kim, Seon-Jin
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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    • v.34 no.1
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    • pp.85-90
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    • 2010
  • Friction welding is a common practice to join axially symmetrical parts for automobile industry applications. The shaft for automobile reverse idle gear is generally produced by forging steel, SF 45. This method is not so good because of high cost of material and production. In this study, in order to investigate the possibility of application of SM 45C to SF 45 dissimilar friction welding, the dissimilar friction welded joints were performed using 20 mm diameter solid bar in forging steel(SF 45) to carbon steel(SM 45C). The optimal friction welding parameters were selected to ensure reliable quality welds on the basis of visual examination, tensile test, micro-Virkers hardness surveys of the bond of area and optical microstructure investigations for welded joint parts. Finally, post weld heat treatment(PWHT) of the high-frequency induction hardening was performed for the friction welded specimens under the optimal welding conditions. And then, the mechanical properties were compared for as-welded and PWHT in SM 45C to SF 45.

Effect of Cleaning Processes of Silicon Wafer on Surface Passivation and a-Si:H/c-Si Hetero-Junction Solar Cell Performances (기판 세정특성에 따른 표면 패시배이션 및 a-Si:H/c-Si 이종접합 태양전지 특성변화 분석)

  • Song, Jun-Yong;Jeong, Dae-Young;Kim, Chan-Seok;Park, Sang-Hyun;Cho, Jun-Sik;Song, Jin-Soo;Wang, Jin-Suk;Lee, Jeong-Chul
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.20 no.4
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    • pp.210-216
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    • 2010
  • This paper investigates the dependence of a-Si:H/c-Si passivation and heterojunction solar cell performances on various cleaning processes of silicon wafers. It is observed that the passivation quality of a-Si:H thin-films on c-Si wafers depends highly on the initial H-termination properties of the wafer surface. The effective minority carrier lifetime (MCLT) of highly H-terminated wafer is beneficial for obtaining high quality passivation of a-Si:H/c-Si. The wafers passivated by p(n)-doped a-Si:H layers have low MCLT regardless of the initial H-termination quality. On the other hand, the MCLT of wafers incorporating intrinsic (i) a-Si:H as a passivation layer shows sensitive variation with initial cleaning and H-termination schemes. By applying the improved cleaning processes, we can obtain an MCLT of 100μsec after H-termination and above 600μsec after i a-Si:H thin film deposition. By adapting improved cleaning processes and by improving passivation and doped layers, we can fabricate a-Si:H/c-Si heterojunction solar cells with an active area conversion efficiency of 18.42%, which cells have an open circuit voltage of 0.670V, short circuit current of 37.31mA/cm2 and fill factor of 0.7374. These cells show more than 20% pseudo efficiency measured by Suns-Voc with an elimination of series resistance.

Fabrication and Photoelectrochemical Properties of a Cu2O/CuO Heterojunction Photoelectrode for Hydrogen Production from Solar Water Splitting (태양광 물 분해를 통한 수소 생산용 Cu2O/CuO 이종접합 광전극의 제작 및 광전기화학적 특성)

  • Kim, Soyoung;Kim, Hyojin;Hong, Soon-Ku;Kim, Dojin
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.26 no.11
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    • pp.604-610
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    • 2016
  • We report on the fabrication and characterization of a novel Cu2O/CuO heterojunction structure with CuO nanorods embedded in Cu2O thin film as an efficient photocathode for photoelectrochemical (PEC) solar water splitting. A CuO nanorod array was first prepared on an indium-tin-oxide-coated glass substrate via a seed-mediated hydrothermal synthesis method; then, a Cu2O thin film was electrodeposited onto the CuO nanorod array to form an oxide semiconductor heterostructure. The crystalline phases and morphologies of the heterojunction materials were examined using X-ray diffraction and scanning electron microscopy, as well as Raman scattering. The PEC properties of the fabricated Cu2O/CuO heterojunction photocathode were evaluated by photocurrent conversion efficiency measurements under white light illumination. From the observed PEC current density versus voltage (J-V) behavior, the Cu2O/CuO photocathode was found to exhibit negligible dark current and high photocurrent density, e.g. 1.05mA/cm2 at -0.6 V vs. Hg/HgCl2 in 1mMNa2SO4 electrolyte, revealing the effective operation of the oxide heterostructure. The photocurrent conversion efficiency of the Cu2O/CuO photocathode was estimated to be 1.27% at -0.6 V vs. Hg/HgCl2. Moreover, the PEC current density versus time (J-T) profile measured at -0.5 V vs. Hg/HgCl2 on the Cu2O/CuO photocathode indicated a 3-fold increase in the photocurrent density compared to that of a simple Cu2O thin film photocathode. The improved PEC performance was attributed to a certain synergistic effect of the bilayer heterostructure on the light absorption and electron-hole recombination processes.

a-Si:H/c-Si Heterojunction Solar Cell Performances Using 50 ㎛ Thin Wafer Substrate (50 ㎛ 기판을 이용한 a-Si:H/c-Si 이종접합 태양전지 제조 및 특성 분석)

  • Song, Jun Yong;Choi, Jang Hoon;Jeong, Dae Young;Song, Hee-Eun;Kim, Donghwan;Lee, Jeong Chul
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.23 no.1
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    • pp.35-40
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    • 2013
  • In this study, the influence on the surface passivation properties of crystalline silicon according to silicon wafer thickness, and the correlation with a-Si:H/c-Si heterojunction solar cell performances were investigated. The wafers passivated by p(n)-doped a-Si:H layers show poor passivation properties because of the doping elements, such as boron(B) and phosphorous(P), which result in a low minority carrier lifetime (MCLT). A decrease in open circuit voltage (Voc) was observed when the wafer thickness was thinned from 170μm to 50μm. On the other hand, wafers incorporating intrinsic (i) a-Si:H as a passivation layer showed high quality passivation of a-Si:H/c-Si. The implied Voc of the ITO/p a-Si:H/i a-Si:H/n c-Si wafer/i a-Si:H/n a-Si:H/ITO stacked layers was 0.715 V for 50μm c-Si substrate, and 0.704 V for 170μm c-Si. The Voc in the heterojunction solar cells increased with decreases in the substrate thickness. The high quality passivation property on the c-Si led to an increasing of Voc in the thinner wafer. Short circuit current decreased as the substrate became thinner because of the low optical absorption for long wavelength light. In this paper, we show that high quality passivation of c-Si plays a role in heterojunction solar cells and is important in the development of thinner wafer technology.

Direct Bonding of SillSiO2/Si3N4llSi Wafer Fairs with a Fast Linear Annealing (선형가열기를 이용한 SillSiO2/Si3N4llSi 이종기판쌍의 직접접합)

  • 이상현;이상돈;송오성
    • Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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    • v.15 no.4
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    • pp.301-307
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    • 2002
  • Direct bonded SOI wafer pairs with SillSiO2/Si3N4llSi the heterogeneous insulating layers of SiO2-Si3N4are able to apply to the micropumps and MEMS applications. Direct bonding should be executed at low temperature to avoid the warpage of the wafer pairs and inter-diffusion of materials at the interface. 10 cm diameter 2000 {\AA}-SiO_2/Si(100} and 560 \AA- {\AA}-Si_3N_4/Si(100} wafers were prepared, and wet cleaned to activate the surface as hydrophilic and hydrophobic states, respectively. Cleaned wafers were pre- mated with facing the mirror planes by a specially designed aligner in class-100 clean room immediately. We employed a heat treatment equipment so called fast linear annealing(FLA) with a halogen lamp to enhance the bonding of pre mated wafers We kept the scan velocity of 0.08 mm/sec, which implied bonding process time of 125 sec/wafer pairs, by varying the heat input at the range of 320~550 W. We measured the bonding area by using the infrared camera and the bonding strength by the razor blade clack opening method, respective1y. It was confirmed that the bonding area was between 80% and to 95% as FLA heat input increased. The bonding strength became the equal of 1000C heat treated SillSiO2/Si3N4llSi pair by an electric furnace. Bonding strength increased to 2500 mJ/m2as heat input increased, which is identical value of annealing at 1000C-2 hr with an electric furnace. Our results implies that we obtained the enough bonding strength using the FLA, in less process time of 125 seconds and at lowed annealing temperature of 400C, comparing with the conventional electric furnace annealing.

Roles of i-SiC Buffer Layer in Amorphous p-SiC/i-SiC/i-Si/n-Si Thin Film Solar Cells (비정질 p-SiC/i-SiC/i-Si/n-Si 박막 태양전지에서 i-SiC 완충층의 역할)

  • Kim, Hyun-Chul;Shin, Hyuck-Jae;Lee, Jae-Shin
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.9 no.12
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    • pp.1155-1159
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    • 1999
  • Thin film solar cells on a glass/SnO2 substrate with p-SiC/i-Si/n-Si heterojunction structures were fabricated using a plasma-enhanced chemical-vapor deposition system. The photovoltaic properties of the solar cells were examined with varying the gas phase composition, x=CH4/(SiH4+CH4), during the deposition of the p-SiC layer. In the range of x=0~0.4, the efficiency of solar cell increased because of the increased band gap of the p-SiC window layer. Further increase in the gas phase composition, however, led to a decrease in the cell efficiency probably due to in the increased composition mismatch at the p-SiC/i-Si layers. As a result, the efficiency of a glass/SnO2/p-SiC/i-SiC/i-Si/n-Si/Ag thin film solar cell with 1cm2 area was 8.6% (Voc=0.85V, Jsc=16.42mA/cm2, FF=0.615) under 100mW/cm2 light intensity.

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Characteristics of Nickel_Titanium Dual-Metal Schottky Contacts Formed by Over-Etching of Field Oxide on Ni/4H-SiC Field Plate Schottky Diode and Improvement of Process (Ni/4H-SiC Field Plate Schottky 다이오드 제작 시 과도 식각에 의해 형성된 Nickel_Titanium 이중 금속 Schottky 접합 특성과 공정 개선 연구)

  • Oh, Myeong-Sook;Lee, Jong-Ho;Kim, Dae-Hwan;Moon, Jeong-Hyun;Yim, Jeong-Hyuk;Lee, Do-Hyun;Kim, Hyeong-Joon
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.19 no.1
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    • pp.28-32
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    • 2009
  • Silicon carbide (SiC) is a promising material for power device applications due to its wide band gap (3.26 eV for 4H-SiC), high critical electric field and excellent thermal conductivity. The Schottky barrier diode is the representative high-power device that is currently available commercially. A field plate edge-terminated 4H-SiC was fabricated using a lift-off process for opening the Schottky contacts. In this case, Ni/Ti dual-metal contacts were unintentionally formed at the edge of the Schottky contacts and resulted in the degradation of the electrical properties of the diodes. The breakdown voltage and Schottky barrier height (SBH, ΦB) was 107 V and 0.67 eV, respectively. To form homogeneous single-metal Ni/4H-SiC Schottky contacts, a deposition and etching method was employed, and the electrical properties of the diodes were improved. The modified SBDs showed enhanced electrical properties, as witnessed by a breakdown voltage of 635 V, a Schottky barrier height of ΦB=1.48 eV, an ideality factor of n=1.04 (close to one), a forward voltage drop of VF=1.6 V, a specific on resistance of Ron=2.1mΩcm2 and a power loss of PL=79.6Wcm2.