PAM-XIAMEN boleh menawarkan wafer SiC, spesifikasi dan parameter khusus boleh didapati di:https://www.powerwaywafer.com/sic-wafer

Kristal tunggal 4H-SiC mempunyai ciri yang sangat baik seperti jurang jalur lebar, mobiliti pembawa yang tinggi, kekonduksian terma yang tinggi dan kestabilan yang baik. Ia mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam elektronik berkuasa tinggi, frekuensi radio/elektronik gelombang mikro, dan maklumat kuantum. Selepas bertahun-tahun pembangunan, substrat kristal tunggal 4H SiC 6-inci dan filem nipis epitaxial homogen telah digunakan secara industri. Walau bagaimanapun, jumlah ketumpatan terkehel dalam wafer SiC 4H masih setinggi 10³~10⁴cm^-2, yang menghalang potensi penuh wafer 4H-SiC. Bagaimanakah kehelan mempengaruhi sifat wafer dan peranti 4H-SiC? Analisis khusus adalah seperti berikut:

1. Kesan Dislokasi pada Sifat Elektrik dalam Wafer dan Peranti 4H-SiC

Penyelidikan telah menganalisis hubungan antara prestasi wafer dan peranti 4H-SiC dan pengedaran kehelan dalam kawasan berfungsi, menunjukkan bahawa kehadiran kehelan boleh memberi kesan buruk pada prestasi peranti. Oleh itu, mengkaji sifat elektrik kehelan itu sendiri adalah sangat penting untuk memahami kelakuannya dalam peranti.

1.1 Kesan Kehelan pada Sifat Elektrik dalam Substrat 4H-SiC

Dengan menggabungkan kakisan alkali lebur dan mikroskop daya kuar Kelvin (KPFM), dapat diperhatikan bahawa kehelan tepi benang (TED) dan kehelan satah basal (BPD) mempamerkan keadaan penerima dalam substrat semi penebat ketulenan tinggi (HPSI) 4H SiC dan keadaan penderma. dalam substrat SiC 4H jenis-n (lihat Rajah 1). Dalam lapisan epitaxial 4H SiC dengan kepekatan doping yang rendah, juga didapati bahawa kehelan penembusan mempamerkan ciri-ciri penerima. Pengiraan prinsip pertama telah mendapati bahawa TED dan BPD memperkenalkan tahap tenaga kecacatan, dengan tahap tenaga berhampiran bahagian bawah jalur valens sebagai jalur kosong. Disebabkan oleh penguasaan kecacatan tahap dalam seperti atom kekotoran, kekosongan karbon (V_C), atau pasangan kekosongan (V_C-V_Si) dalam HPSI 4H SiC, jalur kekosongan yang diperkenalkan oleh kehelan boleh menerima elektron tahap dalam, dan kehelan mempamerkan ciri penerima. Dalam substrat jenis-n, pengiraan menunjukkan bahawa atom N lebih stabil dalam mengikat kepada kehelan TED dan BPD, oleh itu atom N cenderung untuk mengagregat berhampiran kehelan. Disebabkan penguasaan atom terdop dalam substrat konduktif, pengagregatan atom N boleh menyebabkan ciri penderma kehelan.

Rajah 1 Taburan potensi permukaan BPD dan TED dalam HPSI dan n-jenis 4H-SiC

1.2 Kesan Dislokasi pada Sifat Elektrik Peranti 4H-SiC

Dengan mengimbas lubang mikro yang disebabkan oleh kehelan skru berbenang (TSD), keputusan ujian C-AFM menunjukkan peningkatan ketara dalam arus di bahagian bawah lubang mikro, manakala arus permukaan di kawasan lain di dalam lubang mikro tidak berbeza dengan ketara. daripada itu di luar lubang mikro. Ini menunjukkan bahawa garisan kehelan TSD dalam 4H SiC meningkatkan kesan kebocoran. Selain itu, kehelan sebagai pusat penggabungan semula boleh menyebabkan penggabungan semula lubang elektron dalam peranti kuasa 4H-SiC dan juga membawa kepada penurunan dalam kebolehpercayaan peranti.

Garisan kehelan bukan sahaja memberi kesan kepada prestasi peranti, tetapi juga menyebabkan lubang mikro permukaan pada kedalaman skala nano pada permukaan lapisan epitaxial akibat gangguan aliran langkah luaran yang disebabkan oleh garisan kehelan. Kehadiran lubang mikro juga boleh menjejaskan prestasi peranti. Sebagai contoh, di bawah tekanan tinggi, plasma mikro muncul pada kedudukan kawah mikro yang disebabkan oleh kehelan benang (TD), menunjukkan bahawa pintu oksigen pada kedudukan kawah mikro mula-mula dipecahkan. Kehadiran lubang mikro juga boleh menyebabkan penurunan dalam hayat pembawa minoriti, peningkatan arus bocor terbalik, dan penurunan voltan ke hadapan, yang mempunyai kesan buruk pada diod penghalang Schottky berasaskan 4H SiC (SBD), diod simpang pn (PND), dan fotodiod salji (lihat Rajah 2 (a) dan (b)).

Oleh itu, sesetengah penyelidik percaya bahawa kesan semasa kehelan pada prestasi peranti adalah disebabkan terutamanya oleh lubang mikro, dan kesan garisan kehelan itu sendiri adalah sekunder. Melalui simulasi dan eksperimen, didapati bahawa mengecualikan kehadiran lubang mikro boleh mengurangkan kesan TSD pada peranti berasaskan 4H-SiC (lihat Rajah 2 (c)). BPD juga boleh berfungsi sebagai pusat komposit dalam 4H-SiC. Apabila beroperasi dalam peranti bipolar 4H-SiC, suntikan elektrik boleh menyebabkan tergelincir kehelan yang tidak lengkap dalam teras silikon, yang membawa kepada pengembangan kerosakan susun dan menjejaskan prestasi ke hadapan dan belakang peranti dengan serius. Secara amnya dipercayai bahawa kerosakan susun yang disebabkan oleh kehelan yang tidak lengkap dalam teras silikon dalam BPD dibangunkan pada antara muka antara substrat dan lapisan epitaxial, dan berkembang ke luar pada permukaan lapisan epitaxial. Memandangkan gerakan arah dua kehelan tidak lengkap dalam BPD, pengembangan sesar susun yang disebabkan oleh BPD adalah rumit. Penyelidikan telah mendapati bahawa kerosakan susunan yang disebabkan oleh BPD juga boleh bergerak ke arah antara muka antara substrat dan lapisan epitaxial (lihat Rajah 2 (d)).

Rajah 2 Kesan kehelan ke atas arus bocor peranti kuasa 4H-SiC dan pengembangan kerosakan susun dalam 4H-SiC: (a) Imej EL bagi diod runtuhan salji (kiri) dan imej DIC selepas meleburkan kakisan KOH (kanan); (b) Hubungan antara arus kebocoran peranti yang berbeza dan ketumpatan TD; (c) Tingkah laku kebocoran terbalik diod 4H-SiC dan pergantungannya pada lubang nano; (d) Imej EL bagi peranti PIN SiC 4H yang diperhatikan oleh penapis 420nm

2. Kesan Kehelan pada Sifat Optik dalam 4H-SiC

Sebagai pusat penggabungan semula sinaran, kehelan dalam 4H-SiC mempamerkan fotoluminesensi, dan kontras fotoluminesen kehelan (PL) bergantung pada hayat pembawa minoriti. Apabila kepekatan kecacatan tahap dalam dalam kristal adalah rendah, jangka hayat pembawa minoriti adalah panjang, dan pembawa minoriti yang mencukupi bergerak ke kawasan terkehel untuk bergabung semula dan mengeluarkan cahaya. Pada masa ini, keamatan luminescence kawasan kehelan adalah lebih tinggi daripada kawasan lain, kelihatan sebagai titik terang. Apabila kepekatan kecacatan tahap dalam dalam kristal adalah tinggi, hayat pembawa minoriti adalah rendah, dan ia bergabung dengan kecacatan tahap dalam yang berdekatan untuk memancarkan cahaya. Penggabungan semula pada kehelan ditindas, dan keamatan pelepasan di kawasan kehelan adalah lebih lemah berbanding di kawasan lain, menunjukkan bintik gelap. Eksperimen mendapati bahawa dalam ujian PL, untuk 4H-SiC dengan hayat pembawa minoriti kurang daripada 0.5μs, kebanyakan pembawa minoriti tidak boleh berhijrah ke terkehel, dan sebilangan kecil pembawa minoriti ditangkap oleh kecacatan yang wujud. Dislokasi tidak menunjukkan kontras yang ketara dalam imej imbasan permukaan PL. Apabila jangka hayat pembawa minoriti lebih besar daripada 0.5μs, penggabungan semula lubang elektron pada kehelan boleh membezakan dengan ketara kontras kehelan daripada kawasan lain.

TSD dan TED mempamerkan saiz bintik gelap atau terang yang berbeza dalam imej imbasan permukaan PL 4H-SiC. Puncak pelepasan PL intrinsik TED dan TSD terletak pada 600nm dan 800-850nm, masing-masing. BPD kelihatan sebagai garis gelap atau terang dalam imej imbasan permukaan PL 4H-SiC (lihat Rajah.3 (a)). Puncak pelepasan PL BPD berasal daripada puncak pelepasan PL kehelan tidak lengkap dan sesar susun yang membentuk BPD. Puncak pelepasan teras silikon kehelan tidak lengkap, teras karbon kehelan tidak lengkap, dan kerosakan susun terletak pada 670-700nm, 720-850nm dan 420nm, masing-masing. Dengan melaraskan panjang gelombang cahaya yang dipancarkan, paparan kehelan tunggal yang tidak lengkap dan kerosakan susunan boleh dicapai secara berasingan.

Baru-baru ini, penyelidik juga mendapati bahawa TD boleh meningkatkan pencahayaan D1 bagi 4H-SiC, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah.3 (b) dan (c), yang masing-masing mewakili keamatan luminescence bagi lubang kakisan TED dan TSD. Ini bermakna bahawa keamatan pendaran D1 juga boleh mencerminkan ketumpatan dan pengedaran kehelan dalam substrat 4H-SiC dan lapisan epitaxial.

Rajah 3 Sifat bercahaya kehelan dalam 4H-SiC: (a) Imej imbasan permukaan PL kawasan mikro bagi filem nipis epitaxial 4H SiC yang diperoleh menggunakan penapis laluan jalur 900nm; (b) Imej imbasan permukaan PL wilayah mikro TED dan (c) imej imbasan permukaan PL wilayah mikro TSD dalam substrat 4H-SiC jenis N yang diperoleh dalam pelepasan 450nm~750nm.

Meningkatkan saiz bahan dan mengurangkan ketumpatan terkehel adalah arahan keseluruhan untuk pembangunan substrat 4H-SiC dan filem nipis epitaxial. Untuk mengurangkan ketumpatan terkehel, di satu pihak, adalah perlu untuk mengoptimumkan reka bentuk medan haba dan aliran, mereka bentuk kristal benih atau teknik rawatan substrat, dan mengoptimumkan teknologi proses kristal atau epitaxial tunggal untuk mengurangkan ketumpatan terkehel; Sebaliknya, berdasarkan teknologi proses yang semakin matang, penyelidikan yang lebih mendalam diperlukan tentang cara menggalakkan transformasi atau tindak balas antara pelbagai jenis kehelan untuk mengurangkan ketumpatan terkehel yang rendah. Dari segi mengawal selia prestasi kehelan, kajian lanjut diperlukan tentang cara menggalakkan tindak balas antara kekotoran dan kecacatan titik dengan kehelan, dengan itu melaraskan kedudukan tahap tenaga kecacatan dan kelakuan dinamik kehelan.

Rujukan：

Jiajun Li, Guang Yang, Xiaoshuang Liu, Hao Luo, Lingbo Xu, Yiqiang Zhang, Can Cui, Xiaodong Pi, Deren Yang dan Rong Wang

Kehelan dalam 4H Silicon Carbide

Untuk maklumat lanjut, sila hubungi kami e-mel divictorchan@powerwaywafer.com dan powerwaymaterial@gmail.com.