Dislokasjon i SiC-krystaller

SiC-substrat kan ha mikroskopiske defekter, slik som Threading Screw Dislocation (TSD), Threading Edge Dislocation (TED), Base Plane Dislocation (BPD) og andre. Disse defektene er forårsaket av avvik i arrangementet av atomer på atomnivå.

SiC-krystaller vokser vanligvis på en måte som strekker seg parallelt med c-aksen eller i en liten vinkel med den, noe som betyr at c-planet også er kjent som basisplanet. Det er to hovedtyper av dislokasjoner i krystallen. Når dislokasjonslinjen er vinkelrett på grunnplanet, arver krystallen dislokasjoner fra frøkrystallen inn i den epitaksialvoksede krystallen. Disse dislokasjonene er kjent som penetrerende dislokasjoner og kan kategoriseres i gjengekantdislokasjoner (TED) og gjengeskruedislokasjoner (TSD) basert på orienteringen til Bernoulli-vektoren til dislokasjonslinjen. Dislokasjoner, der både dislokasjonslinjene og Brönsted-vektorene er i basisplanet, kalles basisplandislokasjoner (BPD). SiC-krystaller kan også ha sammensatte dislokasjoner, som er en kombinasjon av de ovennevnte dislokasjonene.

1. TED&TSD

Både gjengede dislokasjoner (TSDs) og threaded edge dislokasjoner (TEDs) løper langs [0001] vekstaksen med forskjellige Burgers-vektorer på henholdsvis <0001> og 1/3<11-20>.

Både TSD-er og TED-er kan strekke seg fra underlaget til waferoverflaten og produsere små groplignende overflateegenskaper. Vanligvis er tettheten til TED-er omtrent 8 000-10 000 1/cm2, som er nesten 10 ganger større enn TSD-er.

Under SiC epitaksial vekstprosessen, strekker TSD seg fra substratet til det epitaksiale laget av den utvidede TSD kan forvandle seg til andre defekter på substratplanet og forplante seg langs vekstaksen.

Det er vist at under SiC epitaksial vekst, transformeres TSD til stacking layer faults (SF) eller gulrotdefekter på substratplanet, mens TED i epitaksiallaget viser seg å være transformert fra BPD arvet fra substratet under epitaksial vekst.

2. BPD

Basalplandislokasjoner (BPD-er), som er lokalisert i [0001]-planet til SiC-krystaller, har en Burgers-vektor på 1/3 <11-20>.

BPD-er vises sjelden på overflaten av SiC-skiver. Disse er vanligvis konsentrert på underlaget med en tetthet på 1500 1/cm2, mens deres tetthet i epitaksiallaget bare er ca. 10 1/cm2.

Det er forstått at tettheten til BPD-er avtar med økende tykkelse på SiC-substratet. Når de undersøkes ved bruk av fotoluminescens (PL), viser BPD-ene lineære trekk. Under SiC epitaksial vekstprosessen kan den utvidede BPD transformeres til SF eller TED.

Fra ovenstående er det tydelig at defekter er tilstede i SiC-substratplaten. Disse defektene kan arves i epitaksial vekst av tynne filmer, noe som kan forårsake dødelig skade på SiC-enheten. Dette kan føre til tap av SiCs fordeler som høyt nedbrytningsfelt, høy reversspenning og lav lekkasjestrøm. Videre kan dette redusere kvalifiseringsgraden til produktet og utgjøre enorme hindringer for industrialiseringen av SiC på grunn av redusert pålitelighet.