Dislokaatio SiC-kiteissä

SiC-substraatissa voi olla mikroskooppisia vikoja, kuten kierreruuvin dislokaatio (TSD), kierrereunan dislokaatio (TED), perustason dislokaatio (BPD) ja muita. Nämä viat johtuvat poikkeamista atomien järjestelyssä atomitasolla.

SiC-kiteet kasvavat tyypillisesti tavalla, joka ulottuu yhdensuuntaisesti c-akselin kanssa tai pienessä kulmassa sen kanssa, mikä tarkoittaa, että c-taso tunnetaan myös perustasona. Kiteessä on kahta päätyyppiä dislokaatioita. Kun dislokaatioviiva on kohtisuorassa perustasoon nähden, kide perii dislokaatiot siemenkiteestä epitaksiaalisesti kasvaneeseen kiteeseen. Nämä dislokaatiot tunnetaan tunkeutuvina dislokaatioina, ja ne voidaan luokitella kierteitysreunan dislokaatioihin (TED) ja kierreruuvin dislokaatioihin (TSD) Bernoulli-vektorin suunnan perusteella dislokaatioviivaan nähden. Dislokaatioita, joissa sekä dislokaatioviivat että Brönsted-vektorit ovat perustasossa, kutsutaan perustason dislokaatioiksi (BPD). SiC-kiteissä voi myös olla yhdistelmädislokaatioita, jotka ovat yhdistelmä yllä olevista dislokaatioista.

1. TED&TSD

Sekä kierteitetyt dislokaatiot (TSD:t) että kierteitetyt reunadislokaatiot (TED:t) kulkevat [0001] kasvuakselia pitkin erilaisilla Burgers-vektoreilla <0001> ja vastaavasti 1/3<11-20>.

Sekä TSD:t että TED:t voivat ulottua alustasta kiekon pintaan ja tuottaa pieniä kuoppamaisia ​​pintaominaisuuksia. Tyypillisesti TED:ien tiheys on noin 8 000-10 000 1/cm2, mikä on lähes 10 kertaa TSD:n tiheys.

SiC epitaksiaalisen kasvuprosessin aikana TSD ulottuu substraatista laajennetun TSD:n epitaksiaaliseen kerrokseen voi muuttua muiksi vaurioiksi substraattitasolla ja levitä kasvuakselia pitkin.

On osoitettu, että piikarbidin epitaksiaalisen kasvun aikana TSD muuttuu pinoamiskerroksen virheiksi (SF) tai porkkanavirheiksi substraattitasolla, kun taas epitaksiaalisessa kerroksessa olevan TED:n on osoitettu muuntuvan substraatilta periytyvästä BPD:stä epitaksiaalisen kasvun aikana.

2. BPD

Perustason dislokaatioilla (BPD), jotka sijaitsevat SiC-kiteiden tasossa, on Burgers-vektori 1/3 <11-20>.

BPD:itä esiintyy harvoin piikarbidikiekkojen pinnalla. Nämä ovat tavallisesti keskittyneet substraatille tiheyteen 1500 1/cm2, kun taas niiden tiheys epitaksiaalisessa kerroksessa on vain noin 10 1/cm2.

Ymmärretään, että BPD:iden tiheys pienenee SiC-substraatin paksuuden kasvaessa. Kun tutkitaan käyttämällä fotoluminesenssia (PL), BPD:t osoittavat lineaarisia piirteitä. SiC epitaksiaalisen kasvuprosessin aikana pidennetty BPD voidaan muuttaa SF:ksi tai TED:ksi.

Edellä olevan perusteella on ilmeistä, että piikarbidi-substraattikiekossa on vikoja. Nämä viat voivat periytyä ohuiden kalvojen epitaksiaalisessa kasvussa, mikä voi aiheuttaa hengenvaarallisen vaurion SiC-laitteelle. Tämä voi johtaa piikarbidin etujen, kuten suuren läpilyöntikentän, korkean käänteisen jännitteen ja alhaisen vuotovirran, menettämiseen. Lisäksi tämä voi vähentää tuotteen pätevöintiastetta ja aiheuttaa valtavia esteitä piikarbidin teollistumiselle heikentyneen luotettavuuden vuoksi.