ความคลาดเคลื่อนในผลึก SiC

สารตั้งต้น SiC อาจมีข้อบกพร่องในระดับจุลภาค เช่น การเคลื่อนตัวของสกรูเกลียว (TSD), การเคลื่อนตัวของขอบเกลียว (TED), การเคลื่อนตัวของระนาบฐาน (BPD) และอื่นๆ ข้อบกพร่องเหล่านี้เกิดจากการเบี่ยงเบนในการจัดเรียงอะตอมในระดับอะตอม

โดยทั่วไปผลึก SiC จะเติบโตในลักษณะที่ขยายขนานกับแกน c หรือทำมุมเล็กๆ กับแกน ซึ่งหมายความว่าระนาบ c เรียกอีกอย่างว่าระนาบฐาน ความคลาดเคลื่อนในคริสตัลมีสองประเภทหลัก เมื่อเส้นความคลาดเคลื่อนตั้งฉากกับระนาบฐาน คริสตัลจะสืบทอดความคลาดเคลื่อนจากผลึกเมล็ดไปยังผลึกที่เติบโตในอีพิแทกเซียล การเคลื่อนเหล่านี้เรียกว่าการเคลื่อนที่แบบทะลุทะลวง และสามารถแบ่งได้เป็นการเคลื่อนที่ของขอบเกลียว (TED) และการเคลื่อนที่ของสกรูเกลียว (TSD) ขึ้นอยู่กับการวางแนวของเวกเตอร์ Bernoulli กับเส้นการเคลื่อนที่ การเคลื่อนตัว ซึ่งทั้งเส้นการเคลื่อนที่และเวกเตอร์เบรินสเตดอยู่ในระนาบฐาน เรียกว่าการเคลื่อนตัวของระนาบฐาน (BPD) ผลึก SiC ยังสามารถมีความคลาดเคลื่อนแบบคอมโพสิต ซึ่งเป็นการรวมกันของความคลาดเคลื่อนข้างต้น

1. เทด&TSD

ทั้ง threaded dislocations (TSD) และ threaded edge dislocations (TED) วิ่งไปตามแกนการเติบโต [0001] โดยมีเวกเตอร์ Burgers ต่างกันที่ <0001> และ 1/3 <11-20> ตามลำดับ

ทั้ง TSD และ TED สามารถขยายจากพื้นผิวไปยังพื้นผิวเวเฟอร์ และสร้างลักษณะพื้นผิวคล้ายหลุมขนาดเล็กได้ โดยทั่วไปแล้ว ความหนาแน่นของ TED จะอยู่ที่ประมาณ 8,000-10,000 1/cm2 ซึ่งมากกว่าความหนาแน่นของ TSD เกือบ 10 เท่า

ในระหว่างกระบวนการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว SiC TSD จะขยายจากซับสเตรตไปยังชั้นเยื่อบุผิวของ TSD ที่ขยายออกอาจเปลี่ยนเป็นข้อบกพร่องอื่นๆ บนระนาบของซับสเตรตและแพร่กระจายไปตามแกนการเติบโต

แสดงให้เห็นว่าในระหว่างการเจริญเติบโตของ SiC epitaxis นั้น TSD จะถูกเปลี่ยนเป็นความผิดปกติของชั้นซ้อน (SF) หรือข้อบกพร่องของแครอทบนระนาบของสารตั้งต้น ในขณะที่ TED ในชั้น epitaxis นั้นแสดงให้เห็นว่าถูกเปลี่ยนจาก BPD ที่สืบทอดมาจากสารตั้งต้นในระหว่างการเจริญเติบโตของ epitaxis

2. บีพีดี

การเคลื่อนตัวของระนาบฐาน (BPD) ซึ่งอยู่ในระนาบ [0001] ของผลึก SiC มีเวกเตอร์เบอร์เกอร์เป็น 1/3 <11-20>

BPD ไม่ค่อยปรากฏบนพื้นผิวของเวเฟอร์ SiC โดยทั่วไปสิ่งเหล่านี้จะกระจุกตัวอยู่ที่ซับสเตรตที่ความหนาแน่น 1500 1/ซม.2 ในขณะที่ความหนาแน่นของพวกมันในชั้นอีปิเทกเซียลอยู่ที่ประมาณ 10 1/ซม.2 เท่านั้น

เป็นที่เข้าใจกันว่าความหนาแน่นของ BPD ลดลงเมื่อความหนาของซับสเตรต SiC เพิ่มขึ้น เมื่อตรวจสอบโดยใช้โฟโตลูมิเนสเซนซ์ (PL) BPD จะแสดงลักษณะเชิงเส้น ในระหว่างกระบวนการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว SiC BPD ที่ขยายออกอาจถูกแปลงเป็น SF หรือ TED

จากที่กล่าวมาข้างต้น เห็นได้ชัดว่ามีข้อบกพร่องในเวเฟอร์ซับสเตรต SiC ข้อบกพร่องเหล่านี้สามารถสืบทอดมาจากการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวของฟิล์มบาง ซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์ SiC เสียหายร้ายแรงได้ สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การสูญเสียข้อดีของ SiC เช่น สนามพังทลายสูง แรงดันย้อนกลับสูง และกระแสรั่วไหลต่ำ นอกจากนี้ ยังช่วยลดอัตราคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์และเป็นอุปสรรคใหญ่ต่อการพัฒนาอุตสาหกรรมของ SiC เนื่องจากความน่าเชื่อถือลดลง