WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 12 Влияние степени структурного совершенства на спектр глубоких центров в 6H-SiC © А.А. Лебедев, Д.В. Давыдов, А.С. Трегубова, Е.В. Богданова, М.П. Щеглов, М.В. Павленко Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 7 мая 2001 г. Принята к печати 11 мая 2001 г.) Проведено исследование спектров глубоких центров в слабо легированной подложке 6H-SiC, имеющей области с различным структурным совершенством. Обнаружено, что концентрации большинства глубоких центров не зависят от плотности дислокаций в данной области образца. На основании полученных результатов и литературных данных делается предположение о независимости концентрации кремниевых вакансий от степени структурного совершенства 6H-SiC.

Одной из основных причин, сдерживающих широ- На поверхности пластин методом магнетронного кий промышленный выпуск приборов на основе под- распыления Ni были сформированы диоды Шоттки (ДШ) ложек SiC, выращенных модифицированным методом 600 мкм (рис. 2). В точках ДШ регистрировались Лэли, является недостаточное качество данного мате- дифракционные кривые, характеризующие локальное рариала. Благодаря достигнутым в последние годы успе- зупорядочение структуры образца в данной точке. При хам удалось значительно уменьшить плотность наибо- этом измерения проводились в ДШ, сформированных в лее нежелательных, с точки зрения приборных при- областях, явно отличающихся по структурному совершенству. Полуширины кривых отражения () измеряменений, структурных дефектов — микропайпов [1,2].

лись в двухкристальной схеме на рефлексе (00012) в По-видимому, в самом ближайшем будущем концентраCuK-излучении. Разброс значений полуширин составил цию микропайпов удастся снизить настолько, что их влиот 11 до 70, и результаты хорошо соотносятся с яние на характеристики приборов на основе SiC можно топографическими данными (рис. 1).

будет не учитывать. Теперь на первый план выходят Измерения по методу deep level temperature specисследования, направленные на уменьшение плотности troscopy (DLTS) проводились методом так называемого дислокаций. В работе [3] было показано, что при плот”токового DLTS” (i-DLTS), так как при температурах ниности дислокаций 103 на рабочей площади прибора же комнатной последовательное сопротивление образца происходит уменьшение пробивного напряжения и рост было слишком велико. На DLTS-спектре были обнаружеобратных токов. В то же время вопрос влияния дислоны 5 типов глубоких центров, три из которых хорошо каций на тип и концентрацию глубоких центров (ГЦ) в SiC еще не изучен, хотя ГЦ могут существенно влиять на время жизни неосновных носителей заряда и их диффузионную длину, коэффициент усиления транзисторов и т. д.

Задачей настоящей работы было исследование спектра глубоких центров в зависимости от степени структурного совершенства подложек 6H-SiC.

Для измерений были отобраны слабо легированные подложки, выращенные модифицированным методом Лэли. Структурное совершенство подложек оценивалось методами рентгеновской топографии и дифрактометрии.

По топограммам, полученным методом обратного отражения, в подложках были выделены области, сильно различающиеся по структурному совершенству [4].

На рис. 1 представлена топограмма такого образца (отражение (101.15), CuK-излучение). Она показывает неоднородное распределение структурных дефектов по площади, и можно выделить области как с равномерным распределением базисных дислокаций с плотностью < 105 см-2, так и сильно нарушенные, характеризующиеся значительными разориентациями, выстраиванием дислокаций в плотные стенки и наличием большого Рис. 1. Рентгеновская топограмма образца 6H-SiC. Отражение количества пор. (101.15), CuK-излучение.

Влияние степени структурного совершенства на спектр глубоких центров в 6H-SiC Таблица 1. Параметры обнаруженных глубоких уровней Энергетическое Сечение захвата Концентрация, Тип центра Источник положение Ec-E, эВ электронов, см2 1015 см-0/+ E1, [8] 0.28 > 2.4 · 10-0/+ E2 [8] 0.2 > 5.5 · 10-X1 [*] 0.305 10-12 0.1–X2 [*] 0.206 4 · 10-14 0.1–1.E1 [5] 0.403 2 · 10-13 1.7–E2 [5] 0.455 2 · 10-13 1.3–2.Z1/Z2 [5] 0.65 4 · 10-15 0.R [7] 1.2 2 · 10-15 Примечание. Настоящая работа.

Таблица 2. Зависимости концентрации центров X1, X2, E1/E2 и величины Nd-Na от значения Номера Концентрация Nd-Na, 1015 см-3 глубоких центров, 1015 см-диодов Шоттки (см. рис. 2) NX1 NX2 NE1 NE7 11 7.45 – 2 2.1 1.2 17 6.6 0.2 1.3 1.8 1.8 17 8.23 0.5 1.85 2.6 1.4 20 11.6 1.2 0.1 2.1 2.6 22 8.83 1.6 0.8 2.7 9 28 6.6 – 1.4 1.7 1.3 53 8.3 0.1 1.5 3 2.известны из литературы: E1/E2 [5] (или S-центр [6,7]), Z1/Z2 (Ec-0.65 эВ) [5] и R (Ec-(1.1-1.2) эВ) [6,7], и два новых центра X1 и X2. Отметим, что параметры этих двух 0/+ 0/+ центров были близки к параметрам уровней E1 и E2, обнаруженных в работе [8]. Согласно предложенной в [8] модели, эти уровни соответствуют донорным состояниям двух негативных ”U”-центров, акцепторными состояниями которых являются известные центры E1/E2.

Авторы работы [8] также отмечали, что появление сиг0/+ 0/+ нала от центров E2 и E1 имело место только при использовании времени импульса заполнения t 300 нс, а также при освещении образца светом с длиной волны 470 нм, предшествующем импульсу заполнения. Без импульсов подсветки и при t 100 мкс DLTS-сигнал от 0/+ 0/+ центров E2 и E1 исчезал, а вместо них появлялся пик от центра E0 (Ec-0.2эВ, 1.2 · 10-18 см2). В наших экспериментах освещение отсутствовало, а время импульса заполнения составляло t 1 мс. Таким образом, нельзя говорить об идентичности обнаруженных нами 0/+ центров X1 и X2 и описанных в работе [8] уровней E0/+ и E2.

Параметры всех обнаруженных центров и разброс значений их концентраций по площади образца представлены в табл. 1.

Рис. 2. Карта расположения диодов Шоттки, спроецированная Значения концентрации центров E1/E2, X1 и X2, а на рентгенотопографическое изображение. Окружности оботакже концентраций Nd-Na в ДШ с различной степенью значают места нахождения диодов Шоттки на пластине. Номера разупорядоченности кристаллической решетки () пред- диодов Шоттки на карте соответствуют номерам в табл. 2.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 1436 А.А. Лебедев, Д.В. Давыдов, А.С. Трегубова, Е.В. Богданова, М.П. Щеглов, М.В. Павленко ставлены в табл. 2. Как следует из полученных данных, [4] Yu.M. Tairov, V.F. Tsvetkov. J. Cryst. Growth, 43, 209 (1978).

[5] H. Zhang, G. Pensl, A. Dorner, S. Leibenzeder. Ext. Abstr.

зависимость концентрации центров E1/E2, R, Z1/Z2 и Electrochem. Soc. Mtg. (1989) p. 714.

величины Nd-Na от степени структурного совершенства [6] M.M. Anikin, A.A. Lebedev, A.L. Syrkin, A.V. Suvorov, практически не наблюдается, в то время как для конA.M. Strel’chuk. Ext. Abstr. Electrochem. Soc. Mtg. (1989) центрации центров X1 и X2 мы имеем немонотонную p. 699.

зависимость от величины, причем их изменение очень [7] М.М. Аникин, А.Н. Андреев, А.А. Лебедев, С.Н. Пятко, существенное (см. табл. 2). Следует отметить, что эти М.Г. Растегаева, Н.С. Савкина, А.М. Стрельчук, А.Л. Сыризменения в виде резких скачков шли в противофазе, т. е.

кин, В.Е. Челноков. ФТП, 25, 328 (1991).

при 20 -22 наблюдался максимум концентрации [8] C.G. Hemmingsson, N.T. Son, E. Janzn. Appl. Phys. Lett., центра X1 и минимум концентрации центра X2, тогда как 74, 839 (1999).

при 17 и 53 — наоборот, минимум X1 и максимум X2. [9] T. Dalibor, G. Pensl, H. Matsunami et al. Phys. St. Sol. A, 162, 199 (1997).

Очевидно, что различная степень совершенства струк[10] А.И. Вейнгер, В.А. Ильин, Ю.М. Таиров, В.Ф. Цветков.

туры кристалла может оказывать влияние на концентраФТП, 15, 1557 (1981).

ции вакансий кремния и углерода, VSi и VC. Из данных [11] А.А. Лебедев, А.И. Вейнгер, Д.В. Давыдов, В.В. КозловЭПР известно, что структура центров Z1/Z2 и R предский, Н.С. Савкина, А.М. Стрельчук. ФТП, 34, 897 (2000).

ставляет дивакансию VSi+VC [9–11], а центра E1/E2 — [12] A. Kawasuso, F. Redmann, R. Krause-Rehberg, P. Sperr, комплекс кремниевых вакансий [12]. Поскольку в 6H-SiC Th. Frank, M. Weidner, G. Pensl, H. Itoh. Abstr. Mater. Sci.

концентрация углеродных вакансий в несколько раз выForum V, 353–356, 537 (2001).

ше, чем кремниевых [13], определяющим фактором при [13] Н.Д. Сорокин, Ю.М. Таиров, В.Ф. Цветков, М.А. Чернов.

образовании всех трех центров будет концентрация VSi.

Кристаллография, 28, 910 (1983).

Так как концентрация данных центров была практически Редактор Т.А. Полянская постоянной в разных точках образца, можно говорить о слабой зависимости концентрации VSi от структурных Influence of structural imperfections дефектов.

on the deep center spectrum in low doped Объяснение наблюдаемых изменений концентрации центров X1 и X2 с ростом полуширины пока затрудне- 6H-SiC substrates но, так как отсутствуют какие-либо данные о возможной A.A. Lebedev, D.V. Davydov, A.S. Tregubova, структуре данных центров.

E.V. Bogdanova, M. Pavlenko, M.P. Scheglov Таким образом, в 6H-SiC обнаружено два новых типа центров X1 (Ec-0.3эВ) и X2 (Ec-0.2эВ), концентрация Ioffe Physicotechnical Institute, которых сильно зависит от структурного совершенства Russian Academy of Sciences, кристалла. Для других, более типичных для 6H-SiC глу- 194021 St.Petersburg, Russia боких центров — R, Z1/Z2, E1/E2 — такая зависимость практически отсутствует. В учетом литературных данных

Abstract

A study has been made of deep centers in a low doped о структуре данных центров можно предположить, что 6H-SiC substrate containing volumes of different lattice perfection.

изменение плотности дислокаций в 6H-SiC не оказывает It was shown that concentrations of the majority of deep centers влияния на концентрацию кремниевых вакансий в этом has been independent of dislocation density in specific substrate материале.

regions. The results obtained and literature data available make Отсутствие зависимости концентрации наиболее ти- it possible to assume that crystal lattice imperfections did not пичных для 6H-SiC глубоких центров от степени струк- determine silicon vacancy concentration.

турного совершенства материала имеет практическое значение, так как позволяет более обоснованно сравнивать результаты исследований глубоких центров в различных образцах (или в областях с различным структурным совершенством в пределах одного образца).

Список литературы [1] C.H. Carter, V.F. Tsvetkov, R.C. Glass, D. Henshall, M. Brady, St.G. Muller, O. Kordina, K. Irvine, J.A. Edmond, H.-S. Kong, R. Singh, S.T. Allen, J.W. Palmor. Mater. Sci. and Eng. B, 61– 62, 1 (1999).

[2] C.H. Carter, Jr., R. Glass, M.Brady, D. Malta, D. Henshall, S. Muller, V. Tsvetkov, D. Hodgood, A. Powell. Abstr. Mater.

Sci. Forum V, 353–356, 3 (2001).

[3] Q. Wahab, A. Ellison, A. Henry, E. Janzen, C. Hallin, J.Di. Perzo, R. Martinez. Appl. Phys. Lett., 76, 2725 (2000).

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.