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5-4-5 défauts de dislocation du cristal sic

Technologie 5.silicon de carbure

5-4-5 défauts de dislocation du cristal sic

2018-01-08

le tableau 5.2 résume les principaux défauts de dislocation connus trouvés dans les plaquettes et les épilayers commerciaux 4h et 6h-sic actuels. Puisque les régions actives des dispositifs résident dans les épilayers, le contenu des défauts de l'épilateur est clairement d'une importance primordiale pour la performance du dispositif sic. cependant, comme en témoigne le tableau 5.2, la plupart des défauts de l'épilateur proviennent des dislocations trouvées dans le substrat sic sous-jacent avant le dépôt de l'épi-couche. plus de détails sur l'impact électrique de certains de ces défauts sur des dispositifs spécifiques sont discutés plus loin dans la section 5.6.


le défaut micropipe est considéré comme le défaut le plus évident et le plus dommageable pour les dispositifs électroniques. Une micropipe est une dislocation axiale avec un noyau creux (diamètre de l'ordre du micromètre) dans la plaquette sic et l'épilateur qui s'étend sensiblement parallèle à l'axe c cristallographique perpendiculaire à la surface polie de la plaquette d'axe c. ces défauts confèrent une contrainte locale considérable au cristal sic environnant qui peut être observée en utilisant une topographie à rayons X ou des polariseurs optiques croisés. Au cours des dix dernières années, des efforts considérables de la part des vendeurs de matériaux sic ont réussi à réduire de près de 100 fois les densités de micropipettes de tranches de silicium, et certaines boules de sic complètement exemptes de micropipes ont été démontrées. en outre, des techniques de croissance épitaxiale pour la fermeture de micropipes de substrat sic (dissociant efficacement la dislocation axiale à noyau creux en de multiples dislocations à noyau fermé) ont été développées. toutefois, cette approche n'a pas encore satisfait aux exigences de fiabilité électronique exigeantes pour les dispositifs d'alimentation électrique commerciaux fonctionnant sur des champs électriques élevés.


même si les défauts \"dispositif-tueur\" de micropipettes ont été presque éliminés, les plaquettes commerciales 4h et 6hsic et les epilayers contiennent encore de très fortes densités (\u003e 10 000 , résumé dans le tableau 5.2) d'autres défauts de dislocation moins nocifs. Bien que ces dislocations restantes ne soient pas actuellement spécifiées dans les fiches techniques des fournisseurs de matériaux, elles sont néanmoins considérées comme responsables de divers comportements de dispositifs non idéaux qui ont entravé la reproductibilité et la commercialisation de certains dispositifs électroniques (en particulier à champ électrique élevé). les défauts de dislocation axiale à noyau fermé sont similaires en termes de structure et de propriétés de déformation aux micropipes, sauf que leurs vecteurs de hamburgers sont plus petits de sorte que le noyau est solide au lieu d'un vide creux. Comme le montre le tableau 5.2, les défauts de dislocation du plan de base et les défauts de dislocation du bord d'enfilage sont également nombreux dans les plaquettes sic commerciales.


Comme nous le verrons plus loin dans la section 5.6.4.1.2, la dégradation des dispositifs électriques 4h-sic causée par l'expansion des défauts d'empilement déclenchés par des défauts de dislocation du plan de base a entravé la commercialisation des dispositifs d'alimentation bipolaires. une dilatation de failles d'empilement similaire a également été rapportée lorsque des épilateurs dopés 4h-sic ont été soumis à un traitement d'oxydation thermique modeste (~ 1150 ° C). alors que des techniques de croissance épitaxiale pour convertir des dislocations de plans de base en dislocations de bord de filetage ont été récemment rapportées, l'impact électrique des dislocations de bord de filetage sur la performance et la fiabilité des dispositifs à champ électrique élevé reste à déterminer. Il est également important de noter que les épilayers sic commerciaux d'aujourd'hui contiennent encore certaines caractéristiques morphologiques de surface indésirables telles que des \"défauts de la carotte\" qui pourraient affecter le traitement et la performance du dispositif sic.


Au cours d'une percée initiale passionnante, une équipe de chercheurs japonais a rapporté en 2004 avoir réduit de 100 fois la densité de dislocations dans des prototypes de plaquettes 4h-sic d'un diamètre allant jusqu'à 3 po. alors qu'une telle amélioration de la qualité des plaquettes de silicium offerte par cette technique de croissance \"multiple face-face\" devrait s'avérer très bénéfique pour les capacités de dispositifs électroniques (en particulier de haute puissance), il reste incertain à ce moment-là donc un processus de croissance coûteux conduira à des plaquettes et à des dispositifs de sic de série produits industriellement viables.

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