Dislokation i SiC-kristaller

SiC-substrat kan ha mikroskopiska defekter, såsom Threading Screw Dislocation (TSD), Threading Edge Dislocation (TED), Base Plane Dislocation (BPD) och andra. Dessa defekter orsakas av avvikelser i arrangemanget av atomer på atomnivå.

SiC crystals typically grow in a way that extends parallel to the c-axis or at a small angle with it, which means that the c-plane is also known as the base plane. There are two main types of dislocations in the crystal. When the dislocation line is perpendicular to the base plane, the crystal inherits dislocations from the seed crystal into the epitaxial grown crystal. These dislocations are known as penetrating dislocations and can be categorized into threading edge dislocations(TED) and threading screw dislocations(TSD) based on the orientation of the Bernoulli vector to the dislocation line. Dislocations, where both the dislocation lines and the Brönsted vectors are in the base plane, are called base plane dislocations(BPD). SiC crystals can also have composite dislocations, which are a combination of the above dislocations.

1. TED&TSD

Både gängade dislokationer (TSD) och gängade kantdislokationer (TEDs) löper längs [0001] tillväxtaxeln med olika Burgers-vektorer på <0001> respektive 1/3<11-20>.

Både TSDs och TEDs kan sträcka sig från substratet till waferytan och producera små gropliknande ytegenskaper. Vanligtvis är densiteten för TED:er cirka 8 000-10 000 1/cm2, vilket är nästan 10 gånger den för TSD.

Under SiC epitaxial tillväxtprocess sträcker sig TSD från substratet till det epitaxiella lagret av den utökade TSD kan förvandlas till andra defekter på substratplanet och fortplantas längs tillväxtaxeln.

Det har visat sig att under SiC epitaxiell tillväxt omvandlas TSD till staplingslagerfel (SF) eller morotsdefekter på substratplanet, medan TED i epitaxialskiktet visar sig omvandlas från BPD som ärvts från substratet under epitaxiell tillväxt.

2. BPD

Basalplansdislokationer (BPD), som är belägna i [0001] planet av SiC-kristaller, har en Burgers-vektor på 1/3 <11-20>.

BPD visas sällan på ytan av SiC-skivor. Dessa är vanligtvis koncentrerade på substratet vid en densitet av 1500 1/cm2, medan deras densitet i det epitaxiella lagret endast är cirka 10 1/cm2.

Det är underförstått att densiteten av BPD minskar med ökande tjocklek av SiC-substratet. När de undersöks med hjälp av fotoluminescens (PL), visar BPD linjära egenskaper. Under SiC epitaxial tillväxtprocess kan den förlängda BPD omvandlas till SF eller TED.

Av ovanstående är det uppenbart att defekter finns i SiC-substratskivan. Dessa defekter kan ärvas i den epitaxiella tillväxten av tunna filmer, vilket kan orsaka dödlig skada på SiC-enheten. Detta kan leda till förlust av SiC:s fördelar såsom ett högt genomslagsfält, hög backspänning och låg läckström. Dessutom kan detta minska produktens kvalificeringsgrad och utgöra enorma hinder för industrialiseringen av SiC på grund av minskad tillförlitlighet.