Réamhrá don Phróiseas Ionchlannaithe agus Annála ian Silicon Carbide

I bpróisis dópála feistí cumhachta cairbíde sileacain, áirítear le dopants a úsáidtear go coitianta nítrigin agus fosfar le haghaidh dópáil n-cineál, agus alúmanam agus bórón le haghaidh dópála cineál-p, lena bhfuinneamh ianúcháin agus teorainneacha tuaslagthachta curtha i láthair i dTábla 1 (nóta: heicseagánach (h). ) agus ciúbach (k)).

▲ Tábla 1. Fuinneamh ianúcháin agus Teorainneacha Intuaslagthachta na Mór-Dhópánaigh i SiC

Léiríonn Fíor 1 na comhéifeachtaí idirleathadh atá ag brath ar theocht na ndupántóirí móra i SiC agus Si. Léiríonn dopants i sileacain comhéifeachtaí idirleata níos airde, rud a cheadaíonn dópáil ardteochta idirleata timpeall 1300 ° C. I gcodarsnacht leis sin, tá na comhéifeachtaí idirleata de fosfar, alúmanam, bórón, agus nítrigine i chomhdhúile sileacain i bhfad níos ísle, rud a éilíonn teochtaí os cionn 2000 ° C le haghaidh rátaí idirleathadh réasúnta. Tugann idirleathadh ardteochta isteach saincheisteanna éagsúla, mar shampla lochtanna idirleata iolracha a dhéanann meath ar fheidhmíocht leictreach agus neamh-chomhoiriúnacht na bhfótaresists coitianta mar mhaiscí, rud a fhágann gurb é ionchlannú ian an t-aon rogha amháin do dhópáil chomhdhúile sileacain.

▲ Fíor 1. Tairisigh Idirleata Chomparáideacha na Mórdhópáistí in SiC agus Si

Le linn ionchlannú ian, cailleann iain fuinneamh trí imbhuailtí le hadaimh laitíse den tsubstráit, ag aistriú fuinnimh chuig na hadaimh seo. Scaoileann an fuinneamh aistrithe seo na hadaimh óna bhfuinneamh ceangailteach laitíse, rud a ligeann dóibh bogadh laistigh den tsubstráit agus imbhualadh le hadaimh laitíse eile, ag scaoileadh leo. Leanann an próiseas seo ar aghaidh go dtí nach mbíonn go leor fuinnimh ag aon adaimh shaor chun daoine eile a scaoileadh ón laitís.

Mar gheall ar chainníocht ollmhór na n-ian atá i gceist, déanann ionchlannú ian damáiste laitíse fairsing in aice le dromchla an tsubstráit, le méid an damáiste a bhaineann leis na paraiméadair ionchlannú amhail dáileog agus fuinneamh. Is féidir le dáileoga iomarcacha an struchtúr criostail a mhilleadh in aice le dromchla an tsubstráit, agus é ag casadh éagruthach. Ní mór an damáiste laitíse seo a dheisiú go struchtúr aonchriostail agus na dopants a ghníomhachtú le linn an phróisis annealaithe.

Ligeann anáil ardteochta d'adaimh fuinneamh a fháil ó theas, agus iad ag dul faoi ghluaisne theirmeach tapa. Nuair a bhogann siad go dtí suíomhanna laistigh den laitís aonchriostail leis an bhfuinneamh saor in aisce is ísle, socraíonn siad ansin. Mar sin, déanann an chomhdhúile sileacain éagruthach damáiste agus na hadaimh dopant in aice leis an gcomhéadan tsubstráit an struchtúr aonchriostail a athchruthú trí fheistiú isteach sna suíomhanna laitíse agus a bheith faoi cheangal ag fuinneamh laitíse. Tarlaíonn an deisiú laitíse comhuaineach seo agus gníomhachtú dopant le linn anáil.

Thuairiscigh taighde ar an ngaol idir rátaí gníomhachtaithe na ndópant i SiC agus na teochtaí anála (Fíor 2a). Sa chomhthéacs seo, tá an ciseal epitaxial agus an tsubstráit n-cineál, le nítrigin agus fosfar ionchlannú go dtí doimhneacht de 0.4 μm agus dáileog iomlán de 1 × 10 ^ 14 cm ^ -2. Mar a léirítear i bhFíor 2a, taispeánann nítrigin ráta gníomhachtaithe faoi bhun 10% tar éis análaíochta ag 1400°C, ag sroicheadh ​​90% ag 1600°C. Tá iompar an fhosfair mar an gcéanna, rud a éilíonn teocht anáil 1600 ° C le haghaidh ráta gníomhachtaithe 90%.

▲ Fíor 2a. Rátaí Gníomhachtaithe Eilimintí Éagsúla ag Teochtaí Éagsúla Annealing in SiC

Maidir le próisis ionchlannaithe ian de chineál p, úsáidtear alúmanam go ginearálta mar an dopant mar gheall ar éifeacht idirleata aimhrialta bórón. Cosúil le ionchlannú n-cineál, cuireann anáil ag 1600 ° C go mór le ráta gníomhachtaithe alúmanaim. Mar sin féin, tá taighde le Negoro et al. fuarthas amach go fiú ag 500 ° C, shroich friotaíocht na leatháin sáithiú ag 3000Ω/cearnach le ionchlannú ard-dáileog alúmanaim, agus níor laghdaigh an dáileog a mhéadú tuilleadh an fhriotaíocht, rud a thugann le fios nach n-ianaíonn alúmanam a thuilleadh. Mar sin, is dúshlán teicneolaíoch é ionchlannú ian a úsáid chun réigiúin de chineál p atá dópáilte go mór a chruthú.

▲ Fíor 2b. Gaol idir Rátaí Gníomhachtaithe agus Dáileog Eilimintí Éagsúla i SiC

Is fachtóirí ríthábhachtacha iad doimhneacht agus tiúchan dopants maidir le hionchlannú ian, a dhéanann difear díreach ar fheidhmíocht leictreach an fheiste ina dhiaidh sin agus ní mór é a rialú go docht. Is féidir leas a bhaint as Speictriméadracht Mhais-Iain Thánaisteach (SIMS) chun doimhneacht agus tiúchan na ndupán a thomhas tar éis an ionchlannú.**