Controllo antidoping nella crescita SiC a sublimazione

Carburo di silicio (SiC)svolge un ruolo importante nella produzione di elettronica di potenza e dispositivi ad alta frequenza grazie alle sue eccellenti proprietà elettriche e termiche. La qualità e il livello di dopingCristalli di SiCinfluenzano direttamente le prestazioni del dispositivo, quindi il controllo preciso del doping è una delle tecnologie chiave nel processo di crescita del SiC.

1. Effetto del doping con impurezze

Nella crescita per sublimazione del SiC, i droganti preferiti per la crescita del lingotto di tipo n e di tipo p sono rispettivamente l'azoto (N) e l'alluminio (Al). Tuttavia, la purezza e la concentrazione di drogaggio di fondo dei lingotti di SiC hanno un impatto significativo sulle prestazioni del dispositivo. La purezza delle materie prime SiC ecomponenti di grafitedetermina la natura e la quantità di atomi di impurità presenti nellingotto. Queste impurità includono titanio (Ti), vanadio (V), cromo (Cr), ferro (Fe), cobalto (Co), nichel (Ni) e zolfo (S). La presenza di queste impurità metalliche può far sì che la concentrazione di impurità nel lingotto sia da 2 a 100 volte inferiore a quella nella sorgente, influenzando le caratteristiche elettriche del dispositivo.

2. Effetto polare e controllo della concentrazione del doping

Gli effetti polari nella crescita dei cristalli di SiC hanno un impatto significativo sulla concentrazione del drogante. InLingotti di SiCcoltivato sul piano cristallino (0001), la concentrazione di drogaggio di azoto è significativamente più alta di quella coltivata sul piano cristallino (0001), mentre il drogaggio di alluminio mostra l'andamento opposto. Questo effetto ha origine dalla dinamica superficiale ed è indipendente dalla composizione della fase gassosa. L'atomo di azoto è legato a tre atomi di silicio inferiori sul piano cristallino (0001), ma può essere legato solo a un atomo di silicio sul piano cristallino (0001), determinando un tasso di desorbimento dell'azoto molto più basso sul cristallo (0001). aereo. (0001) faccia di cristallo.

3. Relazione tra concentrazione di drogaggio e rapporto C/Si

Il doping delle impurità è influenzato anche dal rapporto C/Si e questo effetto di competizione tra occupazione e spazio è osservato anche nella crescita CVD del SiC. Nella crescita con sublimazione standard, è difficile controllare in modo indipendente il rapporto C/Si. I cambiamenti nella temperatura di crescita influenzeranno l'effettivo rapporto C/Si e quindi la concentrazione del drogante. Ad esempio, il drogaggio con azoto generalmente diminuisce all’aumentare della temperatura di crescita, mentre il drogaggio con alluminio aumenta all’aumentare della temperatura di crescita.

4. Il colore come indicatore del livello di doping

Il colore dei cristalli di SiC diventa più scuro con l'aumentare della concentrazione di drogaggio, quindi il colore e la profondità del colore diventano buoni indicatori del tipo e della concentrazione di drogaggio. Il 4H-SiC e il 6H-SiC ad elevata purezza sono incolori e trasparenti, mentre il drogaggio di tipo n o di tipo p provoca l'assorbimento del portatore nella gamma della luce visibile, conferendo al cristallo un colore unico. Ad esempio, il 4H-SiC di tipo n assorbe a 460 nm (luce blu), mentre il 6H-SiC di tipo n assorbe a 620 nm (luce rossa).

5. Disomogeneità del doping radiale

Nella regione centrale di un wafer SiC(0001), la concentrazione di drogaggio è tipicamente più elevata, manifestandosi come un colore più scuro, a causa del maggiore drogaggio delle impurità durante la crescita delle sfaccettature. Durante il processo di crescita del lingotto, si verifica una rapida crescita a spirale sulla faccetta 0001, ma il tasso di crescita lungo la direzione del cristallo <0001> è basso, con conseguente maggiore drogaggio delle impurità nella regione della faccetta 0001. Pertanto, la concentrazione di drogaggio nella regione centrale del wafer è superiore dal 20% al 50% rispetto a quella nella regione periferica, evidenziando il problema della non uniformità del drogaggio radiale inWafer SiC (0001)..

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