Dislokáció SiC kristályokban

A SiC szubsztrátumnak lehetnek mikroszkopikus hibái, mint például a menetcsavar diszlokáció (TSD), a menetél diszlokáció (TED), az alapsík diszlokáció (BPD) és mások. Ezeket a hibákat az atomok atomi szintű elrendezésének eltérései okozzák.

A SiC kristályok jellemzően a c tengellyel párhuzamosan, vagy azzal kis szöget bezáró módon nőnek, ami azt jelenti, hogy a c-síkot alapsíknak is nevezik. A kristályban két fő diszlokáció létezik. Ha a diszlokációs vonal merőleges az alapsíkra, a kristály a magkristálytól az epitaxiálisan kinőtt kristályba örökli a diszlokációkat. Ezeket a diszlokációkat behatoló diszlokációknak nevezik, és a Bernoulli-vektornak a diszlokációs vonalhoz viszonyított orientációja alapján menetél-diszlokációkra (TED) és menetcsavar-diszlokációkra (TSD) sorolhatók. Azokat a diszlokációkat, ahol a diszlokációs vonalak és a Brönsted-vektorok is az alapsíkban vannak, alapsík-diszlokációnak (BPD) nevezzük. A SiC kristályoknak lehetnek összetett diszlokációi is, amelyek a fenti diszlokációk kombinációi.

1. TED&TSD

Mind a menetes diszlokációk (TSD-k), mind a menetes éldiszlokációk (TED-ek) a [0001] növekedési tengely mentén futnak, különböző Burger-vektorokkal <0001>, illetve 1/3<11-20>-kal.

Both TSDs and TEDs can extend from the substrate to the wafer surface and produce small pit-like surface features. Typically, the density of TEDs is about 8,000-10,000 1/cm2, which is almost 10 times that of TSDs.

A SiC epitaxiális növekedési folyamat során a TSD a szubsztrátumtól a kiterjesztett TSD epitaxiális rétegéig terjed, és a szubsztrát síkján más hibákká alakulhat át, és a növekedési tengely mentén terjedhet.

Kimutatták, hogy a SiC epitaxiális növekedés során a TSD a szubsztrát síkján egymásra épülő réteghibák (SF) vagy sárgarépa hibákká alakul át, míg az epitaxiális rétegben lévő TED átalakul a szubsztrátról örökölt BPD-ből az epitaxiális növekedés során.

2. BPD

A SiC kristályok síkjában elhelyezkedő bazális síkbeli diszlokációk (BPD-k) Burgers vektora 1/3 <11-20>.

A BPD-k ritkán jelennek meg a SiC lapkák felületén. Ezek általában 1500 1/cm2 sűrűséggel koncentrálódnak a szubsztrátumon, míg az epitaxiális rétegben csak körülbelül 10 1/cm2.

Nyilvánvaló, hogy a BPD-k sűrűsége csökken a SiC szubsztrát vastagságának növekedésével. Ha fotolumineszcenciával (PL) vizsgáljuk, a BPD-k lineáris jellemzőket mutatnak. A SiC epitaxiális növekedési folyamat során a kiterjesztett BPD átalakulhat SF-vé vagy TED-vé.

A fentiekből kitűnik, hogy a SiC szubsztrát lapkában hibák vannak. Ezek a hibák a vékony filmek epitaxiális növekedésében örökölhetők, ami végzetes károsodást okozhat a SiC eszközben. Ez a SiC előnyeinek elvesztéséhez vezethet, mint például a nagy áttörési mező, a nagy fordított feszültség és az alacsony szivárgási áram. Ezenkívül ez csökkentheti a termék minősítési arányát, és a csökkent megbízhatóság miatt óriási akadályokat jelenthet a SiC iparosítása előtt.