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5-4-5 sic Kristallversetzungsdefekte

5. Siliciumcarbid-Technologie

5-4-5 sic Kristallversetzungsdefekte

2018-01-08

Tabelle 5.2 fasst die wichtigsten bekannten Versetzungsdefekte zusammen, die in heutigen kommerziellen 4h- und 6h-sic-Wafern und Epilayern gefunden wurden. Da die aktiven Bereiche der Vorrichtungen in Epilaugen liegen, ist der Gehalt an Epitaxie-Defekten eindeutig von grundlegender Bedeutung für die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung. Wie aus Tabelle 5.2 hervorgeht, stammen die meisten Epischichtdefekte jedoch von Versetzungen, die vor der Epischichtablagerung im darunter liegenden Substrat gefunden wurden. Weitere Details zu den elektrischen Auswirkungen einiger dieser Defekte auf bestimmte Geräte werden später in Abschnitt 5.6 besprochen.


Der Mikroröhrendefekt wird als der offensichtlichste und schädlichste \"Geräte-Killer\" -Defekt für elektronische Geräte angesehen. Eine Mikroleitung ist eine axiale Schraubenversetzung mit einem hohlen Kern (Durchmesser in der Grßenordnung von einem Mikrometer) in dem sich erstreckenden Wafer und der Epischicht ungefähr parallel zu der kristallographischen c-Achse normal zu der polierten c-Achsen-Waferoberfläche. diese Defekte verleihen dem umgebenden sic-Kristall eine beträchtliche lokale Belastung, die unter Verwendung von Röntgentopographie oder optischen Kreuzpolarisatoren beobachtet werden kann. Im Laufe eines Jahrzehnts konnten die Hersteller von Sic-Materialien erhebliche Anstrengungen unternehmen, die Wafer-Mikropipedichte um das fast 100-fache zu reduzieren, und es wurden einige vollständig von Mikropipes freie Sic-Bocles nachgewiesen. Zusätzlich wurden epitaktische Wachstumstechniken zum Verschließen von Mikropipetten mit sic-Substrat entwickelt (die die axiale Versetzung des hohlen Kerns in mehrere Versetzungen mit geschlossenem Kern dissoziieren). Dieser Ansatz hat jedoch noch nicht die anspruchsvollen Anforderungen an die elektronische Zuverlässigkeit für kommerzielle Leistungsgeräte erfüllt, die mit hohen elektrischen Feldern arbeiten.


obwohl \"Gerätekiller\" -Mikrolipemängel fast eliminiert worden sind, enthalten kommerzielle 4h- und 6hsische Wafer und Epilayer immer noch sehr hohe Dichten (\u0026 gt; 10.000 , zusammengefasst in Tabelle 5.2) anderer weniger schädlicher Versetzungsdefekte. Während diese verbleibenden Versetzungen derzeit nicht in den Spezifikationsblättern für Halbleitermaterialien angegeben sind, werden sie dennoch für eine Vielzahl von nicht idealen Geräteverhalten verantwortlich gemacht, die die Reproduzierbarkeit und Kommerzialisierung einiger (insbesondere hochelektrischer Felder) elektronischer Geräte behindert haben. Axialverschiebungsdefekte mit geschlossenem Kern sind in der Struktur und den Dehnungseigenschaften ähnlich wie bei Mikrorohren, außer dass ihre Burgervektoren kleiner sind, so dass der Kern statt eines hohlen Hohlraums fest ist. Wie in Tabelle 5.2 gezeigt, gibt es auch in kommerziellen sic-wafern basalebenenversetzungsdefekte und threading edge dislocation defects.


Wie später in Abschnitt 5.6.4.1.2 diskutiert, hat die Verschlechterung der 4h-sic-elektrischen Vorrichtung, die durch die Ausdehnung von Stapelfehlern verursacht wird, die von Defekten der Basalebenenversetzung ausgelöst werden, die Kommerzialisierung von bipolaren Leistungsvorrichtungen behindert. Eine ähnliche Stapelfehlerausdehnung wurde auch berichtet, wenn dotierte 4h-Epischichten einer moderaten (~ 1150ºC) thermischen Oxidationsbehandlung unterzogen wurden. Während kürzlich über epitaktische Aufwachstechniken zur Umwandlung von Basisebenenversetzungen in Verschiebungsrandversetzungen berichtet wurde, muß der elektrische Einfluß von Verlagerungskantenversetzungen auf die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von elektrischen Hochfeld-Vorrichtungen noch vollständig festgestellt werden. Es ist auch wichtig anzumerken, dass die heutigen kommerziellen Epischichten immer noch einige unerwünschte morphologische Oberflächenmerkmale, wie etwa \"Karottendefekte\", enthalten, die die Verarbeitung und Leistung der Vorrichtung beeinflussen könnten.


In einem aufregenden ersten Durchbruch berichtete ein japanisches Team von Forschern im Jahr 2004, dass sie die Versetzungsdichte bei Prototyp-4h-sic-Wafern mit einem Durchmesser von bis zu 3 Zoll um das 100-fache verringerten. Während solch eine stark verbesserte sic-Wafer-Qualität, die durch diese \"multiple a-face\" -Wachstumstechnik geboten wird, sich für elektronische (insbesondere Hochleistungs) sic-Gerätefähigkeiten als sehr vorteilhaft erweisen sollte, bleibt es bei diesem Schreiben unsicher, wann dies wesentlich komplexer ist (und Daher wird ein teures Wachstumsprozess zu kommerziell lebensfähigen massenproduzierten Halbleiterscheiben und -vorrichtungen führen.

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