Dislokation i SiC-krystaller

SiC-substrat kan have mikroskopiske defekter, såsom Threading Screw Dislocation (TSD), Threading Edge Dislocation (TED), Base Plane Dislocation (BPD) og andre. Disse defekter er forårsaget af afvigelser i arrangementet af atomer på atomniveau.

SiC-krystaller vokser typisk på en måde, der strækker sig parallelt med c-aksen eller i en lille vinkel med den, hvilket betyder, at c-planet også er kendt som basisplanet. Der er to hovedtyper af dislokationer i krystallen. Når dislokationslinjen er vinkelret på basisplanet, arver krystallen dislokationer fra frøkrystallen ind i den epitaksiale voksede krystal. Disse dislokationer er kendt som penetrerende dislokationer og kan kategoriseres i gevindkantdislokationer (TED) og gevindskrue dislokationer (TSD) baseret på orienteringen af ​​Bernoulli-vektoren til dislokationslinjen. Dislokationer, hvor både dislokationslinjerne og Brönsted-vektorerne er i basisplanet, kaldes basisplandislokationer (BPD). SiC-krystaller kan også have sammensatte dislokationer, som er en kombination af ovenstående dislokationer.

1. TED&TSD

Både gevinddislokationer (TSD'er) og gevindforskydninger (TED'er) løber langs [0001] vækstaksen med forskellige Burgers-vektorer på henholdsvis <0001> og 1/3<11-20>.

Både TSD'er og TED'er kan strække sig fra substratet til waferoverfladen og producere små pit-lignende overfladetræk. Typisk er tætheden af ​​TED'er omkring 8.000-10.000 1/cm2, hvilket er næsten 10 gange større end TSD'er.

Under SiC-epitaksialvækstprocessen strækker TSD sig fra substratet til det epitaksiale lag af den forlængede TSD, og ​​kan transformeres til andre defekter på substratplanet og forplante sig langs vækstaksen.

Det er blevet vist, at under SiC epitaksial vækst transformeres TSD til stacking layer faults (SF) eller gulerodsdefekter på substratplanet, mens TED i epitaksiallaget viser sig at blive transformeret fra BPD nedarvet fra substratet under epitaksial vækst.

2. BPD

Basal plane dislokationer (BPD'er), som er placeret i [0001] planet af SiC krystaller, har en Burgers vektor på 1/3 <11-20>.

BPD'er vises sjældent på overfladen af ​​SiC-wafere. Disse er sædvanligvis koncentreret på substratet ved en tæthed på 1500 1/cm2, mens deres tæthed i det epitaksiale lag kun er omkring 10 1/cm2.

Det er underforstået, at tætheden af ​​BPD'er falder med stigende tykkelse af SiC-substratet. Når de undersøges ved hjælp af fotoluminescens (PL), viser BPD'erne lineære træk. Under SiC epitaksial vækstprocessen kan den udvidede BPD transformeres til SF eller TED.

Ud fra ovenstående er det tydeligt, at der er defekter i SiC-substratwaferen. Disse defekter kan nedarves i den epitaksiale vækst af tynde film, hvilket kan forårsage dødelig skade på SiC-enheden. Dette kan føre til tab af SiC's fordele såsom et højt nedbrydningsfelt, høj omvendt spænding og lav lækstrøm. Desuden kan dette reducere produktets kvalifikationsgrad og udgøre enorme hindringer for industrialiseringen af ​​SiC på grund af reduceret pålidelighed.