WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |

температурный коэффициент напряжения Наблюдавшуюся температурную зависимость Lp можпробоя SiC p-n-структур но было объяснить только на основе параметров более мелкого S-центра. Авторы [116] сделали заключение о Известно, что в 6H-SiC p-n-структурах, в котовозможности существования двухзарядного R-S-центра, рых электрическое поле параллельно направлению крикоторый определял рекомбинационные параметры для сталлической оси C, напряжение пробоя имеет, как обоих типов исследовавшихся 6H-SiC p-n-структур. Одправило, отрицательный температурный коэффициент нако в более поздних работах принадлежность этих двух (ТКН) [197]. В ряде работ это связывалось с криуровней одному центру ставилась под сомнение [82].

сталлической структурой гексагональных политипов SiC, После отработки технологии CVD роста эпитаксис наличием естественной сверхрешетки [198,199]. В альных слоев SiC было проведено исследование редругих работах [200,201] высказывалось предположение, комбинационных характеристик и в образцах данного что отрицательное значение ТКН может быть связано с типа [194,195]. Из исследований кинетики низкотемпеперезарядкой глубоких центров, как это было показано ратурной фотолюминесценции время жизни носителей для кремния [202,203], либо с низким структурным было оценено как 0.45 мкс, что существенно больше, совершенством кристаллов SiC [204].

чем в эпитаксиальных слоях SiC, выращенных по другим В работах [205,206] были исследованы 6H-SiC p-nтехнологиям. Было также обнаружено наличие S- и структуры, полученные сублимационной эпитаксией, в которые до формирования мезаструктур проводилась диффузия бора. Исследовавшиеся структуры имели отрицательный температурный коэффициент напряжения пробоя, величина которого составляла -2·10-3 K-1. Абсолютная величина ТКН также зависела от температуры и уменьшалась примерно на порядок при нагреве структур до 600 K. При анализе экспериментальных данных в [205,206] вслед за авторами [200–203] учли влияние глубоких центров. Предложенная в [205,206] модель базируется на учете перезарядки глубоких акцепторных уровней предпробойным током в слабо легированной прослойке p-типа проводимости вблизи металлургической границы p-n-перехода.

Было сделано два предложения: 1) область лавинного размножения находится в слабо легированной области p-типа проводимости около металлургической границы p-n-перехода; 2) концентрация глубоких акцепторных уровней в этой области сопоставима с концентрацией мелких акцепторов. Появление такой области может быть обусловлено перекомпенсацией материала n-типа за счет диффузии акцепторных примесей (например, боРис. 12. Зависимость квадрата диффузионной длины дырок в ра). Существование подобной области в исследовавшихэпитаксиальных слоях 6H-SiC, выращенных по различным техся эпитаксиально-диффузионных диодах было показано нологиям, от концентрации R-центра: 1 —СЭp-n-структуры, 2 — БЖЭ, 3 —CVD. экспериментально [54]. Хорошо известно выражение для Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. Центры с глубокими уровнями в карбиде кремния напряжения пробоя резкого p-n-перехода:

Ubr = aEcr/2qNi, (5.1) где Ecr — критическая напряженность электрического поля, Ni — концентрация примеси в базе.

Перепишем выражение (5.1) с учетом наличия глубоких акцепторов в слабо легированной p-базе:

Ubr = aEcr/2q(Ns + KM) =Ubro/(1 + KM/Ns), (5.2) где Ns — концентрация мелких акцепторных уровней, K — степень заполнения глубоких акцепторов электронами K = M - m/M, M — полная концентрация глубоких акцепторов, m — концентрация глубоких акцепторов заполненных дырками, Ubro — напряжение пробоя Рис. 13. Температурная зависимость расчетных (1–3) и p-n-перехода при отсутствии глубоких акцепторов.

экспериментальных (4–5) значений F. Расчет был сделан для Когда U Ubr, ток через p-n-переход практически значений P, равных см-3: 1 —1010, 2 —1011, 3 —1012.

отсутствует и все глубокие акцепторы в области p-типа Экспериментальные значения Ubr соответствуют предпробойзаполнены электронами (K = 1). Когда U Ubr, начинаным токам: 4 — 100 мА, 5 — 500 мА [205].

ется лавинное умножение в области пространственного заряда и образующиеся дырки захватываются глубокими акцепторами. Поскольку акцепторы, захватившие дырки, нейтральны, величина K уменьшается и соответственно имеет место в локальных областях (микроплазменный уменьшается напряженность электрического поля. Это пробой), площадь которых более чем на порядок меньприводит к увеличению наблюдаемого значения Ubr. ше общей площади p-n-перехода. Однако при расчете Следует отметить, что степень заполнения уровней зави- плотности тока через p-n-переход было использовано сит от температуры и уменьшается с нагревом. По этой значение всей площади структуры, т. е., другими словами, причине величина Ubr уменьшатся с температурой и мы в областях, где имеет место микроплазменный пробой, наблюдаем отрицательный ТКН. будут существенно большие плотность тока и значение Из уравнения (4.1) для равновесного случая p, как это и требуется согласно предложенной модели.

(dm/dt = 0) и учитывая, что p n, можно Таким образом, отрицательная величина ТКН может получить для K быть связана с перезарядкой D-центра (Ev + 0.58 эВ) — наиболее глубокого уровня, возникающего в SiC, легироK = i(p + i)-1. (5.3) ванным бором. Сделанные на основе этого предложения Теперь из (5.2) и (5.3) получаем выражение для Ubr и параметров D-центра расчеты температурной зависимости ТКН находятся в хорошем согласии с экспериментом.

Ubr = Ubro(1 + Mi/Ns(p + i)). (5.4) Поскольку диффузия бора часто используется для Проанализируем выражение (5.4) для области боль- защиты периферии SiC мезаструктур от поверхностного ших и малых температур.

пробоя, а сам бор (D-центр) является характерной фоноВ случае, если T 0, i 0 и Ubr(Tmin) Ubro. В вой примесью в SiC, полученным по различным технослучае, если T, i 1, а поскольку Nv p, логиям [117], то, с нашей точки зрения, вопрос о знаке M получаем Ubr(Tmax)/Ubro - 1 =.

ТКН может быть окончательно решен только при учете Ns Для рассмотренного в [205,206] случая величины или исключении влияния перезарядки D-центров на исUbro и M/Ns оказались равными: Ubro = 800 В, следования пробивного напряжения SiC p-n-структур.

M/Ns = 0.65. С учетом этих значений, а также литературных данных для Nv был сделан расчет зависимости Заключение F = {Ubro/Ubr - 1}.

Расчетные и экспериментальные значения F представлены на рис. 13. Как видно из рисунка, лучшее Если сопоставить энергетическое положение уровней соответствие расчета и эксперимента было получено для в нижней половине запрещенной зоны 4H- и 6H-SiC значений p порядка 1011-1012 см-3. Однако величина (табл. 2 и 3), то можно заметить, что большинство p, определенная из значения предпробойного тока как уровней находится внутри двух достаточно узких поp = J/Vsq (где J — плотность тока через p-n-переход лос в запрещенной зоне: Ev + 0.5 0.6эВ (i-полоса) и Vs — скорость насыщения), составила 1010-1011 см-3. и Ev + 0.2 0.3эВ (L-полоса) (рис. 14). Внутри Такое расхождение, с точки зрения авторов [205,206], первой полосы находится D-центр, i-центр и уровень может быть объяснено тем, что пробой в SiC обычно скандия; внутри второй — глубокий уровень алюминия, Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 150 А.А. Лебедев Рис. 14. Схема расположения известных глубоких центров в запрещенной зоне карбида кремния: A —4H-SiC; B —4H-SiC.

Отмечены только те ГЦ, которые не были идентифицированы авторами работ как ранее обнаруженные структурные дефекты.

уровень галлия, L-центр. Уровень бора также находится Образование таких полос внутри запрещенных зон развнутри (4H) или вблизи границы (6H) L-полосы. Как личных политипов SiC свидетельствует о наличии ценвидно из рисунка, в верхней половине запрещенной тров, характерных для SiC в целом и связанных с валентзоны 4H- и 6H-SiC уровни распределены достаточно ной зоной, структура которой в различных политипах равномерно и каких-либо полос, совпадающих для обоих близка. Можно также предположить, что каждая полоса политипов, выделить невозможно. Поскольку параметры связана с неким ”базовым”, состоящим из собственных однотипных центров, образующихся в нижней половине дефектов, центром (в первом случае это i-центр, во запрещенной зоны различных политипов SiC близки, втором — L-центр), который может взаимодействовать наличие подобных полос можно предположить и в других с атомами вводимой примеси с образованием других политипах карбида кремния. В пользу этого говорит центров с близкими параметрами.

сходство характеристик и пропорциональное ширине за- Какой же собственный дефект может быть основным прещенной зоны смещение максимумов основных полос элементом при формировании дефектных комплексов, ЭЛ в различных политипах SiC (рис. 6). образующих ГЦ в SiC На рис. 15 представлена средФизика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. Центры с глубокими уровнями в карбиде кремния посвященной исследованию деградации 6H-SiC синих светодиодов под воздействием прямого тока, где было обнаружено, что в деградировавших структурах появились включения политипа 3C.

Таким образом, приведенный анализ литературных источников показывает значительное влияние, которое собственные дефекты кристаллической решетки SiC оказывают как на формирование глубоких центров (и соответственно на процессы излучательной и безызлучательной рекомбинации), так и на свойства самих эпитаксиальных слоев — уровень их легирования и политипную однородность. Детальное исследование факторов, определяющих процессы образования дефектов и их взаимодействия друг с другом и атомами примесей, позволит существенно улучшить параметры приборов на основе SiC и позволит карбиду кремния наряду с Si и GaAs занять одно из центральных мест в современной полупроводниковой электронике.

C Рис. 15. Зависимость концентрации углеродных (NV ) и кремSi ниевых (NV ) вакансий [148] и средней концентрации глубоких Автор благодарен В.В. Зеленину и Н.С. Савкиной за акцепторных уровней (i-, L-, D-центров) в СЭ эпитаксиальных предоставленные для измерений образцы SiC, А.Н. Анслоях в зависимости от степени гексагональности политипа дрееву и М.Г. Растегаевой за изготовление омических SiC [146].

контактов, А.М. Стрельчуку за предоставленные данные по измерению диффузионных длин, Д.В. Давыдову за помощь в емкостных измерениях.

няя концентрация 3 собственных дефектов (i-, D- и This work was partly supported by Arizona University L-центров) в эпитаксиальных слоях 6H- и 4H-SiC, по(USA) and Schneider Group Research Сentre (France).

лученных сублимационной эпитаксией [104]. Как видно из рисунка, имеется достаточно хорошая корреляция между уменьшением концентрации вакансий углерода Список литературы (VC) с увеличением процента гексагональности политипа [1] E.G. Acheson. Chem. News, 68, 179 (1893).

и уменьшением концентрации данных центров.

[2] G. Pensl, R. Helbig. In: Advances in Solid State Physics, В пользу того, что основным комплексообразующим ed. by V. Rossler (Viemeg, Braunschweig, 1990).

дефектом в SiC является вакансия углерода, говорят [3] N.J. Round. Electrical World, 30, 309 (1907).

и данные различных авторов, которые предполагали [4] О.В. Лосев. ЖТФ, 1, 718 (1931).

участие VC в образовании различных центров, а так[5] J.A. Lely. Ber. Dt. Keram. Ges., 32, 229 (1955).

же слияние отдельных вакансий в устойчивые класте[6] Yu.A. Vodakov, E.N. Mokhov, M.G. Ramm, A.O. Roenkov.

ры [207,208]. Отметим, что ряд примесей (Sc, B, Al), Krist and Tecnik., 14, 729 (1979).

используемых при гетероэпитаксии SiC [136], образует [7] Yu.M. Tairov, V.F. Tsvetkov. J. Cryst. Growth, 43, 209 (1978).

ГЦ, находящиеся внутри отмеченных выше L- и i-полос.

[8] Ю.М. Таиров, В.Ф. Цветков. В сб.: Проблемы физики и Предложенную в [136] модель гетерополитипной эпитактехнологии широкозонных полупроводников (Л., 1980) сии (см. п. 3.1) можно также рассматривать как то, что с. 122.

каждому из политипов SiC соответствует равновесная [9] S. Nishino, J. Powell, N.A. Will. Appl. Phys. Lett., 42, концентрация дефектов (вакансий углерода), при изме- (1983).

нении которой за счет добавления примесей, генериру- [10] H.S. Kong, J.T. Glass, R.F. Davis. Appl. Phys. Lett., 64, (1988).

ющих избыточные дефекты либо, наоборот, связываю[11] J.A. Edmond, H.S. Kong, C.H. Carter. Physica B, 185, щих вакансии в комплексы, возможна гетероэпитаксия (1993).

пленок политипов, имеющих по сравнению с подложкой [12] J.W. Palmer, J.A. Edmond, H.S. Kong, C.H. Carter. Physica меньшую либо большую степень гексагональности соотB, 185, 461 (1993).

ветственно.

[13] B.M. Brown, M. Chezzo, J. Kretchmen, V. Krishmuthy, Так как после облучения и имплантации наблюдалось G. Michon. Transactions Second Int. High Temp. Electron.

увеличение концентраций L- и i-центров [55,106,114] Conf. (Sharlotte, NC, USA, 1994) V. 1. p. XI–17.

(т. е. происходило изменение равновесной концентрации [14] А. Верма, П. Кришна. Политипизм и полиморфизм в вакансий), можно предположить [104], что под воздейкристаллах (М., Мир, 1969) с. 390.

ствием облучения или имплантации (либо других тех[15] L.S. Ramsdell. Amer. Mineral, 32, 64 (1947).

нологических причин) возможна трансформация поли[16] L. Patric. Phys. Rev., 127, 1878 (1962).

типа уже выращенных эпитаксиальных структур. Данное [17] R.G. Humphreys, D. Bimberg, W.J. Choyke. Sol. St.

предположение согласуется с результатами работы [149], Commun., 39, 163 (1981).

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 152 А.А. Лебедев [18] Г.Б. Дубровский. ФТТ, 13, 2505 (1971). [50] А.И. Вейнгер, Ю.А. Водаков, Ю. Кулев, Г.А. Ломакина, [19] G.B. Dubrovskii, A.A. Lepeneva, E.I. Radovanova. Phys. St. Е.Н. Мохов, В.Г. Одинг, В.И. Соколов. Письма ЖТФ, 6, 1319 (1980).

Sol. (b), 57, 423 (1973).

[51] V.S. Balandovich, E.N. Mokhov. Transactions Second Int.

[20] E. Bindermann. Sol. St. Commun., 3, 343 (1965).

High Temp. Electron. Conf. (Charlotte NC, 5–10 USA, [21] Г.Б. Дубровский, Е.И. Радованова. ФТТ, 11, 680 (1969).

1994) v. 2, p. 181.

[22] W.R.L. Lambrecht, S. Limpijumuong, B. Segall. Inst. Phys.

[52] Е.Э. Виолин, Г.Ф. Холуянов. ФТТ, 8, 3395 (1966).

Conf. Ser. 142, 263 (1996).

[53] S. Ortolland, C. Raynaunld, J.P. Chante, M.L. Locatelli, [23] W.R.L. Lambrecht, S.N. Rachkeev. Abstracts Int. Conf.

A.N. Andreev, A.A. Lebedev, M.G. Rastegaeva, A.L. Syrkin, on SiC, III Nitrides and Related Materials (Stoсkholm, N.S. Savkina, V.E. Chelnokov. J. Appl. Phys., 80, Sweden, 1997) p. 263.

(1996).

[24] Л.С. Берман, А.А. Лебедев. Емкостная спектроскопия [54] А.А. Лебедев, А.Н. Андреев, А.А. Мальцев, М.Г. Растегаглубоких центров в полупроводниках (Л., Наука, 1981).

ева, Н.С. Савкина, В.Е. Челноков. ФТП, 29, 1635 (1995).

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |



© 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.