Sự lệch vị trí trong tinh thể SiC

Chất nền SiC có thể có các khuyết tật vi mô, chẳng hạn như Trật khớp vít ren (TSD), Trật khớp cạnh ren (TED), Trật khớp mặt phẳng cơ sở (BPD) và các khuyết tật khác. Những khiếm khuyết này là do sự sai lệch trong cách sắp xếp các nguyên tử ở cấp độ nguyên tử.

Các tinh thể SiC thường phát triển theo cách kéo dài song song với trục c hoặc ở một góc nhỏ với nó, điều đó có nghĩa là mặt phẳng c còn được gọi là mặt phẳng cơ sở. Có hai loại sai lệch chính trong tinh thể. Khi đường lệch vị trí vuông góc với mặt phẳng cơ sở, tinh thể thừa hưởng sự lệch vị trí từ tinh thể mầm vào tinh thể phát triển epiticular. Những trật khớp này được gọi là trật khớp xuyên thấu và có thể được phân loại thành trật khớp ren (TED) và trật khớp ren ren (TSD) dựa trên sự định hướng của vectơ Bernoulli tới đường trật khớp. Sự lệch vị trí, trong đó cả các đường lệch vị trí và vectơ Brönsted đều nằm trong mặt phẳng cơ sở, được gọi là sự lệch vị trí của mặt phẳng cơ sở (BPD). Các tinh thể SiC cũng có thể có các sai lệch tổng hợp, là sự kết hợp của các sai lệch trên.

1. TED&TSD

Cả trật khớp ren (TSD) và trật khớp cạnh ren (TED) đều chạy dọc theo trục tăng trưởng [0001] với các vectơ Burgers khác nhau lần lượt là <0001> và 1/3<11-20>.

Cả TSD và TED đều có thể mở rộng từ chất nền đến bề mặt wafer và tạo ra các đặc điểm bề mặt nhỏ giống như hố. Thông thường, mật độ của TED là khoảng 8.000-10.000 1/cm2, gấp gần 10 lần so với TSD.

Trong quá trình tăng trưởng epiticular SiC, TSD kéo dài từ lớp nền đến lớp epiticular của TSD mở rộng có thể biến thành các khuyết tật khác trên mặt phẳng đế và lan truyền dọc theo trục tăng trưởng.

Người ta đã chứng minh rằng trong quá trình tăng trưởng epiticular SiC, TSD được chuyển thành các lỗi lớp xếp chồng (SF) hoặc khuyết tật cà rốt trên mặt phẳng cơ chất, trong khi TED trong lớp epiticular được hiển thị là biến đổi từ BPD được thừa hưởng từ chất nền trong quá trình tăng trưởng epiticular.

2. BPD

Các sai lệch mặt phẳng cơ bản (BPD), nằm trong mặt phẳng [0001] của tinh thể SiC, có vectơ Burgers là 1/3 <11-20>.

BPD hiếm khi xuất hiện trên bề mặt tấm wafer SiC. Chúng thường tập trung trên chất nền với mật độ 1500 1/cm2, trong khi mật độ của chúng ở lớp epitaxy chỉ khoảng 10 1/cm2.

Điều này được hiểu rằng mật độ của BPD giảm khi độ dày của chất nền SiC tăng lên. Khi kiểm tra bằng phương pháp phát quang (PL), BPD hiển thị các đặc điểm tuyến tính. Trong quá trình tăng trưởng epiticular SiC, BPD mở rộng có thể được chuyển thành SF hoặc TED.

Từ những điều trên, rõ ràng là có những khiếm khuyết trong tấm wafer nền SiC. Những khiếm khuyết này có thể được di truyền trong quá trình phát triển epiticular của màng mỏng, có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho thiết bị SiC. Điều này có thể dẫn đến việc mất đi các ưu điểm của SiC như trường đánh thủng cao, điện áp ngược cao và dòng rò thấp. Hơn nữa, điều này có thể làm giảm tỷ lệ chất lượng của sản phẩm và gây trở ngại lớn cho quá trình công nghiệp hóa SiC do độ tin cậy giảm.