Dyslokacja w kryształach SiC

Podłoże SiC może wykazywać mikroskopijne defekty, takie jak przemieszczenie śruby gwintującej (TSD), przemieszczenie krawędzi gwintowanej (TED), przemieszczenie płaszczyzny podstawowej (BPD) i inne. Wady te są spowodowane odchyleniami w rozmieszczeniu atomów na poziomie atomowym.

Kryształy SiC zwykle rosną w sposób równoległy do ​​osi c lub pod niewielkim kątem z nią, co oznacza, że ​​płaszczyzna c jest również nazywana płaszczyzną podstawy. W krysztale występują dwa główne typy dyslokacji. Kiedy linia dyslokacji jest prostopadła do płaszczyzny podstawy, kryształ dziedziczy dyslokacje z kryształu zaszczepiającego do kryształu epitaksjalnego. Dyslokacje te są znane jako dyslokacje penetrujące i można je podzielić na dyslokacje krawędzi gwintowania (TED) i dyslokacje śruby gwintowanej (TSD) w oparciu o orientację wektora Bernoulliego względem linii dyslokacji. Dyslokacje, w przypadku których zarówno linie dyslokacji, jak i wektory Brönsteda znajdują się w płaszczyźnie bazowej, nazywane są dyslokacjami w płaszczyźnie bazowej (BPD). Kryształy SiC mogą posiadać także dyslokacje złożone, będące kombinacją powyższych dyslokacji.

1. TED&TSD

Zarówno dyslokacje gwintowane (TSD), jak i dyslokacje gwintowanych krawędzi (TED), przebiegają wzdłuż osi wzrostu [0001] z różnymi wektorami Burgersa, odpowiednio <0001> i 1/3<11-20>.

Zarówno TSD, jak i TED mogą rozciągać się od podłoża do powierzchni płytki i wytwarzać na powierzchni małe wgłębienia. Zazwyczaj gęstość TED wynosi około 8 000–10 000 1/cm2, czyli prawie 10 razy więcej niż TSD.

Podczas procesu wzrostu epitaksjalnego SiC, TSD rozciąga się od podłoża do warstwy epitaksjalnej, rozciągnięty TSD może przekształcić się w inne defekty na płaszczyźnie podłoża i rozprzestrzeniać się wzdłuż osi wzrostu.

Wykazano, że podczas wzrostu epitaksjalnego SiC TSD przekształca się w wady warstwy układającej (SF) lub defekty marchwi na płaszczyźnie podłoża, podczas gdy TED w warstwie epitaksjalnej ulega transformacji z BPD odziedziczonego z podłoża podczas wzrostu epitaksjalnego.

2. BPD

Dyslokacje w płaszczyźnie podstawowej (BPD), które znajdują się w płaszczyźnie [0001] kryształów SiC, mają wektor Burgersa wynoszący 1/3 <11-20>.

BPD rzadko pojawiają się na powierzchni płytek SiC. Są one zwykle skoncentrowane na podłożu w gęstości 1500 1/cm2, podczas gdy ich gęstość w warstwie epitaksjalnej wynosi jedynie około 10 1/cm2.

Rozumie się, że gęstość BPD zmniejsza się wraz ze wzrostem grubości podłoża SiC. Podczas badania za pomocą fotoluminescencji (PL) BPD wykazują cechy liniowe. Podczas procesu wzrostu epitaksjalnego SiC rozszerzony BPD może zostać przekształcony w SF lub TED.

Z powyższego jasno wynika, że ​​w płytce podłoża SiC występują defekty. Wady te mogą być dziedziczone w wyniku epitaksjalnego wzrostu cienkich warstw, co może spowodować śmiertelne uszkodzenie urządzenia SiC. Może to prowadzić do utraty zalet SiC, takich jak duże pole przebicia, wysokie napięcie wsteczne i niski prąd upływowy. Co więcej, może to obniżyć stopień kwalifikacji produktu i stworzyć ogromne przeszkody w industrializacji SiC ze względu na zmniejszoną niezawodność.