Controle de dopagem no crescimento de SiC por sublimação

Carboneto de silício (SiC)desempenha um papel importante na fabricação de eletrônicos de potência e dispositivos de alta frequência devido às suas excelentes propriedades elétricas e térmicas. A qualidade e o nível de doping deCristais de SiCafetam diretamente o desempenho do dispositivo, portanto, o controle preciso do doping é uma das tecnologias-chave no processo de crescimento do SiC.

1. Efeito do doping de impurezas

No crescimento de sublimação de SiC, os dopantes preferidos para o crescimento de lingotes tipo n e tipo p são Nitrogênio (N) e Alumínio (Al), respectivamente. No entanto, a pureza e a concentração de dopagem de fundo dos lingotes de SiC têm um impacto significativo no desempenho do dispositivo. A pureza das matérias-primas de SiC ecomponentes de grafitedetermina a natureza e a quantidade de átomos de impureza nolingote. Essas impurezas incluem Titânio (Ti), Vanádio (V), Cromo (Cr), Ferrum (Fe), Cobalto (Co), Níquel (Ni)) e Enxofre (S). A presença dessas impurezas metálicas pode fazer com que a concentração de impurezas no lingote seja de 2 a 100 vezes menor que a da fonte, afetando as características elétricas do dispositivo.

2. Efeito polar e controle de concentração de doping

Os efeitos polares no crescimento do cristal SiC têm um impacto significativo na concentração de dopagem. EmLingotes de SiCcultivada no plano cristalino (0001), a concentração de dopagem com nitrogênio é significativamente maior do que aquela cultivada no plano cristalino (0001), enquanto a dopagem com alumínio mostra a tendência oposta. Este efeito tem origem na dinâmica da superfície e é independente da composição da fase gasosa. O átomo de nitrogênio está ligado a três átomos de silício inferiores no plano cristalino (0001), mas só pode ser ligado a um átomo de silício no plano cristalino (0001), resultando em uma taxa de dessorção de nitrogênio muito menor no cristal (0001). avião. (0001) face de cristal.

3. Relação entre concentração de dopagem e relação C/Si

A dopagem por impurezas também é afetada pela relação C/Si, e esse efeito de competição por ocupação de espaço também é observado no crescimento de SiC por DCV. No crescimento por sublimação padrão, é um desafio controlar de forma independente a relação C/Si. Mudanças na temperatura de crescimento afetarão a relação C/Si efetiva e, portanto, a concentração de dopagem. Por exemplo, a dopagem com nitrogênio geralmente diminui com o aumento da temperatura de crescimento, enquanto a dopagem com alumínio aumenta com o aumento da temperatura de crescimento.

4. Cor como indicador do nível de doping

A cor dos cristais de SiC torna-se mais escura com o aumento da concentração de dopagem, de modo que a cor e a profundidade da cor tornam-se bons indicadores do tipo e concentração de dopagem. 4H-SiC e 6H-SiC de alta pureza são incolores e transparentes, enquanto a dopagem tipo n ou tipo p causa absorção de transportador na faixa de luz visível, dando ao cristal uma cor única. Por exemplo, o 4H-SiC tipo n absorve a 460 nm (luz azul), enquanto o 6H-SiC tipo n absorve a 620 nm (luz vermelha).

5. Não homogeneidade do doping radial

Na região central de um wafer SiC(0001), a concentração de dopagem é tipicamente maior, manifestando-se como uma cor mais escura, devido ao aumento da dopagem de impurezas durante o crescimento das facetas. Durante o processo de crescimento do lingote, ocorre um rápido crescimento em espiral na faceta 0001, mas a taxa de crescimento ao longo da direção do cristal <0001> é baixa, resultando em maior dopagem de impurezas na região da faceta 0001. Portanto, a concentração de dopagem na região central do wafer é de 20% a 50% maior do que na região periférica, apontando o problema da não uniformidade do doping radial emBolachas de SiC (0001).

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