Εξάρθρωση σε κρυστάλλους SiC

Το υπόστρωμα SiC μπορεί να έχει μικροσκοπικά ελαττώματα, όπως εξάρθρωση βίδας σπειρώματος (TSD), εξάρθρωση ακμών σπειρώματος (TED), εξάρθρωση επιπέδου βάσης (BPD) και άλλα. Αυτά τα ελαττώματα προκαλούνται από αποκλίσεις στη διάταξη των ατόμων σε ατομικό επίπεδο.

Οι κρύσταλλοι SiC συνήθως αναπτύσσονται με τρόπο που εκτείνεται παράλληλα προς τον άξονα c ή σε μικρή γωνία με αυτόν, πράγμα που σημαίνει ότι το επίπεδο c είναι επίσης γνωστό ως επίπεδο βάσης. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι εξαρθρώσεων στον κρύσταλλο. Όταν η γραμμή εξάρθρωσης είναι κάθετη στο επίπεδο βάσης, ο κρύσταλλος κληρονομεί εξαρθρήματα από τον κρύσταλλο των σπόρων στον επιταξιακό κρύσταλλο που έχει αναπτυχθεί. Αυτά τα εξαρθρήματα είναι γνωστά ως διεισδυτικά εξαρθρήματα και μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε εξαρθρήματα ακμών σπειρώματος (TED) και σε εξαρθρήματα βιδών σπειρώματος (TSD) με βάση τον προσανατολισμό του φορέα Bernoulli στη γραμμή εξάρθρωσης. Εξαρθρήματα, όπου τόσο οι γραμμές εξάρθρωσης όσο και τα διανύσματα Brönsted βρίσκονται στο επίπεδο βάσης, ονομάζονται εξαρθρήματα επιπέδου βάσης (BPD). Οι κρύσταλλοι SiC μπορούν επίσης να έχουν σύνθετα εξαρθρήματα, τα οποία είναι συνδυασμός των παραπάνω εξαρθρώσεων.

1. TED&TSD

Τόσο οι εξαρθρώσεις με σπείρωμα (TSDs) όσο και οι εξαρθρώσεις με σπείρωμα (TED) τρέχουν κατά μήκος του άξονα ανάπτυξης [0001] με διαφορετικά διανύσματα Burgers <0001> και 1/3<11-20>, αντίστοιχα.

Τόσο τα TSD όσο και τα TED μπορούν να επεκταθούν από το υπόστρωμα μέχρι την επιφάνεια του πλακιδίου και να παράγουν μικρά χαρακτηριστικά επιφάνειας που μοιάζουν με κοιλώματα. Τυπικά, η πυκνότητα των TED είναι περίπου 8.000-10.000 1/cm2, που είναι σχεδόν 10 φορές μεγαλύτερη από αυτή των TSD.

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας επιταξιακής ανάπτυξης SiC, το TSD εκτείνεται από το υπόστρωμα στο επιταξιακό στρώμα του εκτεταμένου TSD μπορεί να μετατραπεί σε άλλα ελαττώματα στο επίπεδο του υποστρώματος και να διαδοθεί κατά μήκος του άξονα ανάπτυξης.

Έχει αποδειχθεί ότι κατά τη διάρκεια της επιταξιακής ανάπτυξης SiC, η TSD μετατρέπεται σε σφάλματα στοίβαξης (SF) ή ελαττώματα καρότου στο επίπεδο του υποστρώματος, ενώ η TED στην επιταξιακή στιβάδα φαίνεται ότι μετασχηματίζεται από BPD που κληρονομήθηκε από το υπόστρωμα κατά την επιταξιακή ανάπτυξη.

2. BPD

Οι εξαρθρώσεις βασικού επιπέδου (BPDs), οι οποίες βρίσκονται στο [0001] επίπεδο των κρυστάλλων SiC, έχουν διάνυσμα Burgers 1/3 <11-20>.

Οι BPD σπάνια εμφανίζονται στην επιφάνεια των πλακών SiC. Αυτά συνήθως συγκεντρώνονται στο υπόστρωμα σε πυκνότητα 1500 1/cm2, ενώ η πυκνότητά τους στο επιταξιακό στρώμα είναι μόνο περίπου 10 1/cm2.

Είναι κατανοητό ότι η πυκνότητα των BPD μειώνεται με την αύξηση του πάχους του υποστρώματος SiC. Όταν εξετάζονται με χρήση φωτοφωταύγειας (PL), τα BPD εμφανίζουν γραμμικά χαρακτηριστικά. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας επιταξιακής ανάπτυξης SiC, η εκτεταμένη BPD μπορεί να μετατραπεί σε SF ή TED.

Από τα παραπάνω, είναι προφανές ότι υπάρχουν ελαττώματα στη γκοφρέτα υποστρώματος SiC. Αυτά τα ελαττώματα μπορεί να κληρονομηθούν στην επιταξιακή ανάπτυξη των λεπτών υμενίων, η οποία μπορεί να προκαλέσει θανατηφόρα βλάβη στη συσκευή SiC. Αυτό μπορεί να οδηγήσει στην απώλεια των πλεονεκτημάτων του SiC, όπως το υψηλό πεδίο διάσπασης, η υψηλή αντίστροφη τάση και το χαμηλό ρεύμα διαρροής. Επιπλέον, αυτό μπορεί να μειώσει το ποσοστό ποιότητας του προϊόντος και να δημιουργήσει τεράστια εμπόδια στην εκβιομηχάνιση του SiC λόγω μειωμένης αξιοπιστίας.