Dislokacija SiC kristaluose

SiC substratas gali turėti mikroskopinių defektų, tokių kaip sriegio sraigto išnirimas (TSD), sriegio briaunos išnirimas (TED), pagrindo plokštumos išnirimas (BPD) ir kt. Šiuos defektus sukelia atomų išsidėstymo nukrypimai atominiame lygmenyje.

SiC kristalai paprastai auga lygiagrečiai c ašiai arba nedideliu kampu su ja, o tai reiškia, kad c plokštuma taip pat žinoma kaip pagrindinė plokštuma. Yra du pagrindiniai kristalo dislokacijų tipai. Kai dislokacijos linija yra statmena pagrindinei plokštumai, kristalas paveldi dislokacijas iš sėklinio kristalo į epitaksiškai išaugusį kristalą. Šie išnirimai yra žinomi kaip skvarbieji išnirimai ir gali būti suskirstyti į įsriegimo briaunų išnirimus (TED) ir įsriegimo varžtų išnirimus (TSD), atsižvelgiant į Bernulli vektoriaus orientaciją į dislokacijos liniją. Dislokacijos, kai tiek dislokacijos linijos, tiek Brönstedo vektoriai yra pagrindinėje plokštumoje, vadinamos bazinės plokštumos dislokacijomis (BPD). SiC kristalai taip pat gali turėti sudėtinių dislokacijų, kurios yra minėtų dislokacijų derinys.

1. TED&TSD

Tiek srieginės dislokacijos (TSD), tiek srieginės briaunos dislokacijos (TED) eina išilgai [0001] augimo ašies su skirtingais atitinkamai <0001> ir 1/3 <11-20> Burgers vektoriais.

Tiek TSD, tiek TED gali tęstis nuo substrato iki plokštelės paviršiaus ir sukurti mažas į duobę panašias paviršiaus savybes. Paprastai TED tankis yra apie 8 000–10 000 1/cm2, o tai yra beveik 10 kartų didesnis nei TSD.

SiC epitaksinio augimo proceso metu TSD tęsiasi nuo substrato iki išplėsto TSD epitaksinio sluoksnio, gali virsti kitais substrato plokštumos defektais ir plisti išilgai augimo ašies.

Įrodyta, kad SiC epitaksinio augimo metu TSD transformuojasi į sluoksnio defektus (SF) arba morkų defektus substrato plokštumoje, o TED epitaksiniame sluoksnyje transformuojasi iš BPD, paveldėto iš substrato epitaksinio augimo metu.

2. BPD

Bazinės plokštumos dislokacijos (BPD), esančios SiC kristalų plokštumoje, turi 1/3 <11-20> Burgers vektorių.

BPD retai atsiranda ant SiC plokštelių paviršiaus. Paprastai jie koncentruojasi ant substrato, kurio tankis yra 1500 1/cm2, o jų tankis epitaksiniame sluoksnyje yra tik apie 10 1/cm2.

Suprantama, kad didėjant SiC substrato storiui, BPD tankis mažėja. Kai tiriama naudojant fotoliuminescenciją (PL), BPD rodo linijines savybes. SiC epitaksinio augimo proceso metu išplėstas BPD gali būti transformuotas į SF arba TED.

Iš to, kas išdėstyta pirmiau, akivaizdu, kad SiC substrato plokštelėje yra defektų. Šie defektai gali būti paveldimi dėl epitaksinio plonų plėvelių augimo, o tai gali mirtinai sugadinti SiC įrenginį. Dėl to gali būti prarasti SiC pranašumai, tokie kaip didelis gedimo laukas, didelė atvirkštinė įtampa ir maža nuotėkio srovė. Be to, dėl sumažėjusio patikimumo tai gali sumažinti gaminio kvalifikacijos lygį ir sudaryti didelių kliūčių SiC industrializacijai.