SiC kristallerinde dislokasyon

SiC substratında Diş Açma Vidası Dislokasyonu (TSD), Diş Açma Kenarı Dislokasyonu (TED), Taban Düzlemi Dislokasyonu (BPD) ve diğerleri gibi mikroskobik kusurlar bulunabilir. Bu kusurlara atom seviyesindeki atomların dizilişindeki sapmalar neden olur.

SiC kristalleri tipik olarak c eksenine paralel veya onunla küçük bir açı yapacak şekilde büyür; bu, c düzleminin aynı zamanda taban düzlemi olarak da bilindiği anlamına gelir. Kristalde iki ana dislokasyon türü vardır. Dislokasyon çizgisi taban düzlemine dik olduğunda kristal, tohum kristalinden epitaksiyel olarak büyümüş kristale dislokasyonları miras alır. Bu dislokasyonlar delici dislokasyonlar olarak bilinir ve Bernoulli vektörünün dislokasyon çizgisine yönelimine bağlı olarak diş açma kenarı dislokasyonları (TED) ve diş açma vidası dislokasyonları (TSD) olarak kategorize edilebilir. Hem dislokasyon çizgilerinin hem de Brönsted vektörlerinin taban düzleminde olduğu dislokasyonlara taban düzlemi dislokasyonları (BPD) adı verilir. SiC kristalleri ayrıca yukarıdaki dislokasyonların bir kombinasyonu olan kompozit dislokasyonlara da sahip olabilir.

1.TED&TSD

Hem dişli dislokasyonlar (TSD'ler) hem de dişli kenar dislokasyonları (TED'ler), sırasıyla <0001> ve 1/3<11-20>'lik farklı Burgers vektörleri ile [0001] büyüme ekseni boyunca ilerler.

Hem TSD'ler hem de TED'ler alt tabakadan levha yüzeyine kadar uzanabilir ve küçük çukur benzeri yüzey özellikleri üretebilir. Tipik olarak TED'lerin yoğunluğu yaklaşık 8.000-10.000 1/cm2'dir, bu da TSD'lerin neredeyse 10 katıdır.

SiC epitaksiyel büyüme süreci sırasında, substrattan genişletilmiş TSD'nin epitaksiyel katmanına uzanan TSD, substrat düzlemindeki diğer kusurlara dönüşebilir ve büyüme ekseni boyunca yayılabilir.

SiC epitaksiyel büyümesi sırasında TSD'nin substrat düzleminde istifleme katmanı hatalarına (SF) veya havuç kusurlarına dönüştüğü, epitaksiyel katmandaki TED'in ise epitaksiyel büyüme sırasında substrattan miras alınan BPD'den dönüştürüldüğü gösterilmiştir.

2. BPD

SiC kristallerinin [0001] düzleminde yer alan bazal düzlem dislokasyonları (BPD'ler), 1/3 <11-20> Burgers vektörüne sahiptir.

BPD'ler SiC levhaların yüzeyinde nadiren görülür. Bunlar genellikle alt tabaka üzerinde 1500 1/cm2 yoğunlukta yoğunlaşırken, epitaksiyel katmandaki yoğunlukları yalnızca 10 1/cm2 civarındadır.

SiC substrat kalınlığının artmasıyla BPD'lerin yoğunluğunun azaldığı anlaşılmaktadır. Fotolüminesans (PL) kullanılarak incelendiğinde BPD'ler doğrusal özellikler gösterir. SiC epitaksiyel büyüme süreci sırasında genişletilmiş BPD, SF veya TED'e dönüştürülebilir.

Yukarıdakilerden, SiC substrat levhasında kusurların mevcut olduğu açıktır. Bu kusurlar, ince filmlerin epitaksiyel büyümesinde kalıtsal olabilir ve bu da SiC cihazında ölümcül hasara neden olabilir. Bu durum SiC'nin yüksek arıza alanı, yüksek ters gerilim ve düşük kaçak akım gibi avantajlarının kaybolmasına neden olabilir. Ayrıca bu, ürünün kalifikasyon oranını düşürebilir ve güvenilirliğin azalması nedeniyle SiC'nin sanayileşmesinin önünde büyük engeller oluşturabilir.