نابجایی در بلورهای SiC

بستر SiC می تواند دارای عیوب میکروسکوپی باشد، مانند دررفتگی پیچ رزوه ای (TSD)، دررفتگی لبه رزوه ای (TED)، دررفتگی صفحه پایه (BPD) و موارد دیگر. این عیوب ناشی از انحراف در آرایش اتم ها در سطح اتمی است.

کریستال‌های SiC معمولاً به‌گونه‌ای رشد می‌کنند که به موازات محور c یا در یک زاویه کوچک با آن امتداد می‌یابند، به این معنی که صفحه c به عنوان صفحه پایه نیز شناخته می‌شود. دو نوع اصلی دررفتگی در کریستال وجود دارد. هنگامی که خط دررفتگی عمود بر صفحه پایه باشد، کریستال نابجایی را از کریستال بذر به کریستال رشد یافته اپیتاکسیال به ارث می برد. این نابجایی ها به عنوان نابجایی های نافذ شناخته می شوند و بر اساس جهت گیری بردار برنولی به خط نابجایی می توانند به نابجایی های لبه رزوه ای (TED) و نابجایی های پیچ رزوه ای (TSD) دسته بندی شوند. نابجایی ها، جایی که هم خطوط نابجایی و هم بردارهای برونستد در صفحه پایه قرار دارند، نابجایی صفحه پایه (BPD) نامیده می شوند. کریستال های SiC می توانند نابجایی های مرکب نیز داشته باشند که ترکیبی از نابجایی های فوق است.

1. TED&TSD

هر دو نابجایی رزوه ای (TSD) و نابجایی لبه رزوه ای (TEDs) در امتداد محور رشد [0001] با بردارهای مختلف برگر به ترتیب <0001> و 1/3<11-20> اجرا می شوند.

Both TSDs and TEDs can extend from the substrate to the wafer surface and produce small pit-like surface features. Typically, the density of TEDs is about 8,000-10,000 1/cm2, which is almost 10 times that of TSDs.

در طول فرآیند رشد همپایه SiC، TSD از بستر به لایه همپایی TSD توسعه‌یافته گسترش می‌یابد و ممکن است به نقص‌های دیگری در صفحه زیرلایه تبدیل شود و در امتداد محور رشد منتشر شود.

نشان داده شده است که در طول رشد اپیتاکسیال SiC، TSD به گسل های لایه انباشته (SF) یا نقص هویج در صفحه زیرلایه تبدیل می شود، در حالی که نشان داده شده است که TED در لایه همپایه از BPD به ارث رسیده از بستر در طول رشد همپایی تبدیل می شود.

2. BPD

نابجایی های صفحه پایه (BPDs)، که در صفحه [0001] کریستال های SiC قرار دارند، دارای بردار برگر 1/3 <11-20> هستند.

BPD ها به ندرت روی سطح ویفرهای SiC ظاهر می شوند. اینها معمولاً روی بستر با چگالی 1500 1/cm2 متمرکز می شوند، در حالی که چگالی آنها در لایه همپایی فقط حدود 101/cm2 است.

این قابل درک است که چگالی BPDs با افزایش ضخامت بستر SiC کاهش می یابد. هنگامی که با استفاده از فوتولومینسانس (PL) بررسی می شود، BPD ها ویژگی های خطی را نشان می دهند. در طول فرآیند رشد اپیتاکسیال SiC، BPD گسترش یافته ممکن است به SF یا TED تبدیل شود.

با توجه به موارد فوق، مشهود است که عیوب در ویفر بستر SiC وجود دارد. این عیوب می توانند در رشد اپیتاکسیال لایه های نازک به ارث برده شوند که می تواند باعث آسیب کشنده به دستگاه SiC شود. این می تواند منجر به از بین رفتن مزایای SiC مانند میدان شکست زیاد، ولتاژ معکوس بالا و جریان نشتی کم شود. علاوه بر این، این می تواند نرخ صلاحیت محصول را کاهش دهد و به دلیل کاهش قابلیت اطمینان، موانع بزرگی را برای صنعتی شدن SiC ایجاد کند.