4H-SiC同质外延基面位错的转化
发布时间：2021-07-14 14:47
采用化学气相沉积法在4°偏角4H-SiC衬底上进行同质外延生长,并使用500℃熔融KOH对SiC衬底及外延片进行腐蚀。采用同步加速X射线衍射仪和光学显微镜对外延前后基面位错（BPD）形貌进行系统表征,分析了基面位错向刃位错转化的过程。外延生长过程中同时存在台阶流生长和侧向生长（即垂直于台阶方向）两种模式,当侧向生长模式占主导时,能够有效地抑制基面位错向外延层的延伸;当台阶流生长模式占主导时,基面位错延伸至外延层。结果表明,随着碳硅比增加,外延层基面位错密度能够降低至0.05 cm-2,这是由于侧向生长增强导致的。通过优化碳硅比,能够制备出高质量的4H-SiC同质外延片,其基面位错密度和表面缺陷密度分别为0.09和0.12 cm-2。
【文章来源】：微纳电子技术. 2020,57(03)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
光学显微镜下4H-SiC衬底和外延片500℃熔融KOH腐蚀后的BPD形貌
基于上述分析，控制外延生长模式能够有效降低外延层中的BPD密度。在外延生长过程中，碳和硅为生长反应源，所以优化碳硅比能够有效地控制外延生长模式。为了证明BPD转化的影响因素，研究了不同碳硅比对外延层BPD密度的影响，测试结果如表1所示。从表1中可以看出，随着碳硅比增加，外延层BPD密度由3.34 cm-2降低至0.05 cm-2；而外延层表面缺陷密度呈现出先降低后增加的趋势，碳硅比为0.9时，表面缺陷密度最小为0.12 cm-2。高的碳硅比下，侧向生长增强使BPD在沿基面延伸过程中转化为TED，从而降低外延层BPD密度；但随着侧向生长加剧，生长界面处易形成二维岛状成核，导致表面缺陷密度增加。图4为碳硅比0.9时4H-SiC外延片的表面缺陷分布。当碳硅比为0.9时，能够制备出高质量4H-SiC外延片，其外延层表面缺陷密度和BPD密度分别为0.12和0.09 cm-2。3 结论
图3为BPD分解示意图和转化为TED的演变过程。BPD能够分解为两条不全位错，且两条不全位错中间会形成一个肖特莱型堆垛层错与其相连[11]，其分解的示意图如图3(a）所示。研究发现，BPD转化为TED后两条不全位错将发生闭合。图3(b）为BPD向TED的演变过程。众所周知，在外延生长过程中存在台阶流（即沿着台阶方向）生长和侧向（即垂直于台阶方向）生长[3]两种生长模式。台阶流生长模式为衬底晶型向外延层的复制；侧向生长模式则更容易形成二维岛状成核，从而导致表面缺陷增加。当台阶流生长模式占主导地位时，两边的不全位错将不会发生闭合，沿着基面延伸至外延层中；当侧向生长模式占主导地位时，两边的不全位错在沿基面传播过程中受到阻碍，逐渐接近并发生闭合，BPD方向发生改变垂直于基面，转化为TED。基于上述分析，控制外延生长模式能够有效降低外延层中的BPD密度。在外延生长过程中，碳和硅为生长反应源，所以优化碳硅比能够有效地控制外延生长模式。为了证明BPD转化的影响因素，研究了不同碳硅比对外延层BPD密度的影响，测试结果如表1所示。从表1中可以看出，随着碳硅比增加，外延层BPD密度由3.34 cm-2降低至0.05 cm-2；而外延层表面缺陷密度呈现出先降低后增加的趋势，碳硅比为0.9时，表面缺陷密度最小为0.12 cm-2。高的碳硅比下，侧向生长增强使BPD在沿基面延伸过程中转化为TED，从而降低外延层BPD密度；但随着侧向生长加剧，生长界面处易形成二维岛状成核，导致表面缺陷密度增加。图4为碳硅比0.9时4H-SiC外延片的表面缺陷分布。当碳硅比为0.9时，能够制备出高质量4H-SiC外延片，其外延层表面缺陷密度和BPD密度分别为0.12和0.09 cm-2。
【参考文献】：
期刊论文
[1]生长温度对4HN-SiC同质外延层表面缺陷的影响[J]. 赵丽霞,张国良. 微纳电子技术. 2019(05)
本文编号：3284346
【文章来源】：微纳电子技术. 2020,57(03)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
光学显微镜下4H-SiC衬底和外延片500℃熔融KOH腐蚀后的BPD形貌
基于上述分析，控制外延生长模式能够有效降低外延层中的BPD密度。在外延生长过程中，碳和硅为生长反应源，所以优化碳硅比能够有效地控制外延生长模式。为了证明BPD转化的影响因素，研究了不同碳硅比对外延层BPD密度的影响，测试结果如表1所示。从表1中可以看出，随着碳硅比增加，外延层BPD密度由3.34 cm-2降低至0.05 cm-2；而外延层表面缺陷密度呈现出先降低后增加的趋势，碳硅比为0.9时，表面缺陷密度最小为0.12 cm-2。高的碳硅比下，侧向生长增强使BPD在沿基面延伸过程中转化为TED，从而降低外延层BPD密度；但随着侧向生长加剧，生长界面处易形成二维岛状成核，导致表面缺陷密度增加。图4为碳硅比0.9时4H-SiC外延片的表面缺陷分布。当碳硅比为0.9时，能够制备出高质量4H-SiC外延片，其外延层表面缺陷密度和BPD密度分别为0.12和0.09 cm-2。3 结论
图3为BPD分解示意图和转化为TED的演变过程。BPD能够分解为两条不全位错，且两条不全位错中间会形成一个肖特莱型堆垛层错与其相连[11]，其分解的示意图如图3(a）所示。研究发现，BPD转化为TED后两条不全位错将发生闭合。图3(b）为BPD向TED的演变过程。众所周知，在外延生长过程中存在台阶流（即沿着台阶方向）生长和侧向（即垂直于台阶方向）生长[3]两种生长模式。台阶流生长模式为衬底晶型向外延层的复制；侧向生长模式则更容易形成二维岛状成核，从而导致表面缺陷增加。当台阶流生长模式占主导地位时，两边的不全位错将不会发生闭合，沿着基面延伸至外延层中；当侧向生长模式占主导地位时，两边的不全位错在沿基面传播过程中受到阻碍，逐渐接近并发生闭合，BPD方向发生改变垂直于基面，转化为TED。基于上述分析，控制外延生长模式能够有效降低外延层中的BPD密度。在外延生长过程中，碳和硅为生长反应源，所以优化碳硅比能够有效地控制外延生长模式。为了证明BPD转化的影响因素，研究了不同碳硅比对外延层BPD密度的影响，测试结果如表1所示。从表1中可以看出，随着碳硅比增加，外延层BPD密度由3.34 cm-2降低至0.05 cm-2；而外延层表面缺陷密度呈现出先降低后增加的趋势，碳硅比为0.9时，表面缺陷密度最小为0.12 cm-2。高的碳硅比下，侧向生长增强使BPD在沿基面延伸过程中转化为TED，从而降低外延层BPD密度；但随着侧向生长加剧，生长界面处易形成二维岛状成核，导致表面缺陷密度增加。图4为碳硅比0.9时4H-SiC外延片的表面缺陷分布。当碳硅比为0.9时，能够制备出高质量4H-SiC外延片，其外延层表面缺陷密度和BPD密度分别为0.12和0.09 cm-2。
【参考文献】：
期刊论文
[1]生长温度对4HN-SiC同质外延层表面缺陷的影响[J]. 赵丽霞,张国良. 微纳电子技术. 2019(05)
本文编号：3284346
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3284346.html
