Dislokacije v kristalih SiC

Substrat SiC ima lahko mikroskopske napake, kot so dislokacija navojnega vijaka (TSD), dislokacija roba navoja (TED), dislokacija osnovne ravnine (BPD) in druge. Te napake nastanejo zaradi odstopanj v razporeditvi atomov na atomski ravni.

Kristali SiC običajno rastejo tako, da segajo vzporedno z osjo c ali pod majhnim kotom z njo, kar pomeni, da je ravnina c znana tudi kot osnovna ravnina. V kristalu obstajata dve glavni vrsti dislokacij. Ko je dislokacijska črta pravokotna na osnovno ravnino, kristal podeduje dislokacije iz začetnega kristala v epitaksialno zrasli kristal. Te dislokacije so znane kot prodorne dislokacije in jih je mogoče kategorizirati v dislokacije z navojnimi robovi (TED) in dislokacije z navojnimi vijaki (TSD) na podlagi usmerjenosti Bernoullijevega vektorja na dislokacijsko črto. Dislokacije, kjer so dislokacijske črte in Brönstedovi vektorji v osnovni ravnini, se imenujejo dislokacije osnovne ravnine (BPD). Kristali SiC imajo lahko tudi kompozitne dislokacije, ki so kombinacija zgornjih dislokacij.

1. TED&TSD

Tako navojne dislokacije (TSD) kot navojne robne dislokacije (TED) potekajo vzdolž [0001] osi rasti z različnimi Burgersovimi vektorji <0001> oziroma 1/3<11-20>.

Tako TSD kot TED se lahko raztezajo od podlage do površine rezin in ustvarijo majhne jamice podobne površinske značilnosti. Običajno je gostota TED približno 8.000-10.000 1/cm2, kar je skoraj 10-krat več kot TSD.

Med postopkom epitaksialne rasti SiC se TSD razteza od substrata do epitaksialne plasti razširjenega TSD se lahko preoblikuje v druge napake na ravnini substrata in se širi vzdolž osi rasti.

Pokazalo se je, da se med epitaksialno rastjo SiC TSD spremeni v napake plasti zlaganja (SF) ali defekte korenčka na ravnini substrata, medtem ko se TED v epitaksialni plasti transformira iz BPD, podedovanega s substrata med epitaksialno rastjo.

2. BPD

Dislokacije bazalne ravnine (BPD), ki se nahajajo v ravnini [0001] kristalov SiC, imajo Burgerjev vektor 1/3 <11-20>.

BPD se redko pojavijo na površini SiC rezin. Ti so običajno koncentrirani na substratu z gostoto 1500 1/cm2, medtem ko je njihova gostota v epitaksialni plasti le okoli 10 1/cm2.

Razume se, da se gostota BPD zmanjšuje z naraščajočo debelino substrata SiC. Pri pregledu s fotoluminiscenco (PL) BPD kažejo linearne značilnosti. Med postopkom epitaksialne rasti SiC se lahko razširjeni BPD pretvori v SF ali TED.

Iz zgoraj navedenega je razvidno, da so v rezini substrata SiC prisotne napake. Te napake se lahko podedujejo pri epitaksialni rasti tankih filmov, kar lahko povzroči smrtno škodo na napravi SiC. To lahko privede do izgube prednosti SiC, kot so visoko prebojno polje, visoka povratna napetost in nizek tok uhajanja. Poleg tega lahko to zmanjša stopnjo kvalifikacije izdelka in predstavlja velike ovire za industrializacijo SiC zaradi zmanjšane zanesljivosti.