Dislokace v krystalech SiC

Substrát SiC může mít mikroskopické defekty, jako je dislokace závitového šroubu (TSD), dislokace závitové hrany (TED), dislokace základní roviny (BPD) a další. Tyto defekty jsou způsobeny odchylkami v uspořádání atomů na atomové úrovni.

Krystaly SiC obvykle rostou způsobem, který probíhá rovnoběžně s osou c nebo pod malým úhlem s ní, což znamená, že rovina c je také známá jako základní rovina. V krystalu jsou dva hlavní typy dislokací. Když je dislokační čára kolmá k základní rovině, krystal zdědí dislokace ze zárodečného krystalu do epitaxně rostoucího krystalu. Tyto dislokace jsou známé jako penetrující dislokace a lze je rozdělit na dislokace hran se závitem (TED) a dislokace se závitem (TSD) na základě orientace Bernoulliho vektoru k dislokační čáře. Dislokace, kde jak dislokační čáry, tak Brönstedovy vektory jsou v základní rovině, se nazývají dislokace základní roviny (BPD). Krystaly SiC mohou mít také složené dislokace, které jsou kombinací výše uvedených dislokací.

1. TED&TSD

Jak závitové dislokace (TSD), tak závitové okrajové dislokace (TED) probíhají podél osy růstu [0001] s různými Burgersovými vektory <0001> a 1/3<11-20>, v daném pořadí.

Jak TSD, tak TED se mohou rozšiřovat ze substrátu na povrch plátku a vytvářet malé povrchové prvky podobné důlkům. Typicky je hustota TED asi 8 000-10 000 1/cm2, což je téměř 10krát více než hustota TSD.

Během procesu epitaxního růstu SiC se TSD rozšiřuje ze substrátu do epitaxní vrstvy rozšířeného TSD se může transformovat na jiné defekty na rovině substrátu a šířit se podél osy růstu.

Bylo ukázáno, že během epitaxního růstu SiC se TSD transformuje na chyby stohovací vrstvy (SF) nebo mrkvové defekty na rovině substrátu, zatímco TED v epitaxní vrstvě se během epitaxního růstu transformuje z BPD zděděného ze substrátu.

2. BPD

Dislokace bazální roviny (BPD), které se nacházejí v rovině [0001] krystalů SiC, mají Burgersův vektor 1/3 <11-20>.

BPD se na povrchu SiC waferů objevují jen zřídka. Ty jsou obvykle koncentrovány na substrátu v hustotě 1500 1/cm2, zatímco jejich hustota v epitaxní vrstvě je pouze asi 10 1/cm2.

Rozumí se, že hustota BPD klesá s rostoucí tloušťkou SiC substrátu. Při zkoumání pomocí fotoluminiscence (PL) vykazují BPD lineární rysy. Během procesu epitaxního růstu SiC může být rozšířená BPD transformována na SF nebo TED.

Z výše uvedeného je zřejmé, že v substrátové destičce SiC jsou přítomny defekty. Tyto defekty mohou být zděděny epitaxním růstem tenkých filmů, což může způsobit fatální poškození zařízení SiC. To může vést ke ztrátě výhod SiC, jako je vysoké průrazné pole, vysoké zpětné napětí a nízký svodový proud. Kromě toho to může snížit míru kvalifikace produktu a představovat obrovské překážky pro industrializaci SiC kvůli snížené spolehlivosti.