ການແນະນໍາກ່ຽວກັບຂະບວນການປູກຝັງແລະຝັງດິນຂອງ Silicon Carbide Ion

ໃນຂະບວນການ doping ຂອງອຸປະກອນພະລັງງານ silicon carbide, dopants ທີ່ໃຊ້ທົ່ວໄປປະກອບມີໄນໂຕຣເຈນແລະ phosphorus ສໍາລັບ doping n-type, ແລະອາລູມິນຽມແລະ boron ສໍາລັບ doping p-type, ດ້ວຍພະລັງງານ ionization ແລະການລະລາຍຂອງພວກມັນໄດ້ສະແດງຢູ່ໃນຕາຕະລາງ 1 (ຫມາຍເຫດ: hexagonal (h. ) ແລະ cubic (k)).

▲ຕາຕະລາງ 1. ພະລັງງານ Ionization ແລະການລະລາຍຈໍາກັດຂອງ Dopants ທີ່ສໍາຄັນໃນ SiC

ຮູບທີ 1 ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄ່າສໍາປະສິດການແຜ່ກະຈາຍທີ່ຂຶ້ນກັບອຸນຫະພູມຂອງ dopants ທີ່ສໍາຄັນໃນ SiC ແລະ Si. Dopants ໃນຊິລິໂຄນສະແດງຄ່າສໍາປະສິດການແຜ່ກະຈາຍທີ່ສູງຂຶ້ນ, ອະນຸຍາດໃຫ້ສໍາລັບການແຜ່ກະຈາຍຂອງອຸນຫະພູມສູງ doping ປະມານ 1300 ° C. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ຄ່າສໍາປະສິດການແຜ່ກະຈາຍຂອງ phosphorus, ອາລູມິນຽມ, boron, ແລະໄນໂຕຣເຈນໃນ silicon carbide ແມ່ນຕ່ໍາຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ຈໍາເປັນຕ້ອງມີອຸນຫະພູມສູງກວ່າ 2000 ° C ສໍາລັບອັດຕາການແຜ່ກະຈາຍທີ່ສົມເຫດສົມຜົນ. ການແຜ່ກະຈາຍຂອງອຸນຫະພູມສູງແນະນໍາບັນຫາຕ່າງໆ, ເຊັ່ນ: ຄວາມບົກພ່ອງຂອງການແຜ່ກະຈາຍຫຼາຍ degrades ປະສິດທິພາບໄຟຟ້າແລະຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ຂອງ photoresists ທົ່ວໄປເປັນຫນ້າກາກ, ເຮັດໃຫ້ ion implantation ເປັນທາງເລືອກ sole ສໍາລັບ silicon carbide doping.

▲ຮູບທີ 1. ການແຜ່ກະຈາຍແບບປຽບທຽບຂອງ Dopants ຫຼັກໃນ SiC ແລະ Si

ໃນລະຫວ່າງການປູກຝັງ ion, ion ສູນເສຍພະລັງງານໂດຍຜ່ານການປະທະກັບປະລໍາມະນູ lattice ຂອງ substrate, ການໂອນພະລັງງານກັບປະລໍາມະນູເຫຼົ່ານີ້. ພະລັງງານທີ່ຖືກຍົກຍ້າຍນີ້ປ່ອຍອະຕອມອອກຈາກພະລັງງານຜູກມັດເສັ້ນດ່າງຂອງພວກເຂົາ, ໃຫ້ພວກເຂົາເຄື່ອນຍ້າຍພາຍໃນ substrate ແລະ collide ກັບປະລໍາມະນູ lattice ອື່ນໆ, dislodging ໃຫ້ເຂົາເຈົ້າ. ຂະບວນການນີ້ຍັງສືບຕໍ່ຈົນກ່ວາບໍ່ມີປະລໍາມະນູຟຣີມີພະລັງງານພຽງພໍທີ່ຈະປ່ອຍຄົນອື່ນອອກຈາກເສັ້ນດ່າງ.

ເນື່ອງຈາກປະລິມານຂະຫນາດໃຫຍ່ຂອງ ions ທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ, implantation ion ເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມເສຍຫາຍຂອງ lattice ຢ່າງກວ້າງຂວາງຢູ່ໃກ້ກັບຫນ້າດິນ substrate, ມີຂອບເຂດຂອງຄວາມເສຍຫາຍທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບຕົວກໍານົດການ implantation ເຊັ່ນ: ປະລິມານແລະພະລັງງານ. ປະລິມານຫຼາຍເກີນໄປສາມາດທໍາລາຍໂຄງສ້າງຂອງຜລຶກຢູ່ໃກ້ກັບພື້ນຜິວ substrate, ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນທາດສະກຸນ. ຄວາມເສຍຫາຍຂອງເສັ້ນດ່າງນີ້ຕ້ອງໄດ້ຮັບການສ້ອມແປງເປັນໂຄງສ້າງແກ້ວດຽວແລະກະຕຸ້ນ dopants ໃນລະຫວ່າງການຂະບວນການ annealing.

ການຫມູນວຽນດ້ວຍອຸນຫະພູມສູງເຮັດໃຫ້ປະລໍາມະນູໄດ້ຮັບພະລັງງານຈາກຄວາມຮ້ອນ, ພາຍໃຕ້ການເຄື່ອນໄຫວຄວາມຮ້ອນຢ່າງໄວວາ. ເມື່ອພວກເຂົາຍ້າຍໄປຢູ່ໃນຕໍາແໜ່ງພາຍໃນກ້ອນຫີນກ້ອນດຽວທີ່ມີພະລັງງານຟຣີຕ່ໍາສຸດ, ພວກເຂົາເຈົ້າໄດ້ຕັ້ງຖິ່ນຖານຢູ່ທີ່ນັ້ນ. ດັ່ງນັ້ນ, amorphous silicon carbide ແລະ dopant ປະລໍາມະນູທີ່ເສຍຫາຍຢູ່ໃກ້ກັບການໂຕ້ຕອບ substrate ໄດ້ reconstruct ໂຄງສ້າງໄປເຊຍກັນດຽວໂດຍ fitting ເຂົ້າໄປໃນຕໍາແຫນ່ງ lattice ແລະຖືກຜູກມັດໂດຍພະລັງງານ lattice. ການສ້ອມແປງເສັ້ນດ່າງພ້ອມໆກັນນີ້ແລະການກະຕຸ້ນ dopant ເກີດຂຶ້ນໃນລະຫວ່າງການ annealing.

ການຄົ້ນຄວ້າໄດ້ລາຍງານຄວາມສໍາພັນລະຫວ່າງອັດຕາການກະຕຸ້ນຂອງ dopants ໃນ SiC ແລະອຸນຫະພູມ annealing (ຮູບ 2a). ໃນສະພາບການນີ້, ທັງຊັ້ນ epitaxial ແລະ substrate ແມ່ນປະເພດ n, ມີໄນໂຕຣເຈນແລະ phosphorus implanted ກັບຄວາມເລິກຂອງ 0.4μm ແລະປະລິມານລວມຂອງ 1 × 10^14 cm^-2. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 2a, ໄນໂຕຣເຈນສະແດງອັດຕາການກະຕຸ້ນຕ່ໍາກວ່າ 10% ຫຼັງຈາກ annealing ທີ່ 1400 ° C, ເຖິງ 90% ທີ່ 1600 ° C. ພຶດຕິກໍາຂອງ phosphorus ແມ່ນຄ້າຍຄືກັນ, ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີອຸນຫະພູມການຫມູນວຽນຂອງ 1600 ° C ສໍາລັບອັດຕາການກະຕຸ້ນ 90%.

▲ ຮູບທີ 2 ກ. ອັດຕາການກະຕຸ້ນຂອງອົງປະກອບທີ່ແຕກຕ່າງກັນຢູ່ໃນອຸນຫະພູມ Annealing ຕ່າງໆໃນ SiC

ສໍາລັບຂະບວນການປູກຝັງ ion p-type, ອະລູມິນຽມໂດຍທົ່ວໄປຖືກນໍາໃຊ້ເປັນ dopant ເນື່ອງຈາກຜົນກະທົບການແຜ່ກະຈາຍຜິດປົກກະຕິຂອງ boron. ຄ້າຍຄືກັນກັບການປູກຝັງແບບ n-type, annealing ຢູ່ທີ່ 1600°C ຊ່ວຍເພີ່ມອັດຕາການກະຕຸ້ນຂອງອາລູມິນຽມຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ການຄົ້ນຄວ້າໂດຍ Negoro et al. ພົບວ່າເຖິງແມ່ນວ່າຢູ່ທີ່ 500 ° C, ຄວາມຕ້ານທານຂອງແຜ່ນໄດ້ບັນລຸເຖິງຄວາມອີ່ມຕົວຢູ່ທີ່ 3000Ω / ຕາລາງແມັດດ້ວຍການໃສ່ອະລູມິນຽມທີ່ມີປະລິມານສູງ, ແລະການເພີ່ມປະລິມານເພີ່ມເຕີມບໍ່ໄດ້ຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຕ້ານທານ, ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າອາລູມິນຽມບໍ່ມີ ionizes ອີກຕໍ່ໄປ. ດັ່ງນັ້ນ, ການໃຊ້ ion implantation ເພື່ອສ້າງພື້ນທີ່ p-type doped ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຍັງຄົງເປັນສິ່ງທ້າທາຍດ້ານເຕັກໂນໂລຢີ.

▲ ຮູບທີ 2 ຂ. ຄວາມສໍາພັນລະຫວ່າງອັດຕາການເປີດໃຊ້ແລະປະລິມານຂອງອົງປະກອບທີ່ແຕກຕ່າງກັນໃນ SiC

ຄວາມເລິກແລະຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ dopants ແມ່ນປັດໃຈສໍາຄັນໃນການປູກຝັງ ion, ໂດຍກົງຜົນກະທົບຕໍ່ການປະຕິບັດໄຟຟ້າຕໍ່ໄປຂອງອຸປະກອນແລະຕ້ອງໄດ້ຮັບການຄວບຄຸມຢ່າງເຂັ້ມງວດ. Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS) ສາມາດນໍາໃຊ້ເພື່ອວັດແທກຄວາມເລິກແລະຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ dopants ຫຼັງຈາກການປູກຝັງ.**