Control de dopaje en el crecimiento de SiC por sublimación

Carburo de silicio (SiC)Juega un papel importante en la fabricación de electrónica de potencia y dispositivos de alta frecuencia debido a sus excelentes propiedades eléctricas y térmicas. La calidad y el nivel de dopaje decristales de sicafectan directamente el rendimiento del dispositivo, por lo que el control preciso del dopaje es una de las tecnologías clave en el proceso de crecimiento del SiC.

1. Efecto del dopaje con impurezas

En el crecimiento por sublimación de SiC, los dopantes preferidos para el crecimiento de lingotes de tipo n y tipo p son nitrógeno (N) y aluminio (Al), respectivamente. Sin embargo, la pureza y la concentración de dopaje de fondo de los lingotes de SiC tienen un impacto significativo en el rendimiento del dispositivo. La pureza de las materias primas de SiC ycomponentes de grafitoDetermina la naturaleza y cantidad de átomos de impureza en ellingote. Estas impurezas incluyen titanio (Ti), vanadio (V), cromo (Cr), hierro (Fe), cobalto (Co), níquel (Ni) y azufre (S). La presencia de estas impurezas metálicas puede hacer que la concentración de impurezas en el lingote sea de 2 a 100 veces menor que la de la fuente, afectando las características eléctricas del dispositivo.

2. Efecto polar y control de la concentración de dopaje

Los efectos polares en el crecimiento de cristales de SiC tienen un impacto significativo en la concentración de dopaje. EnLingotes de SiCcultivado en el plano cristalino (0001), la concentración de dopaje con nitrógeno es significativamente mayor que la cultivada en el plano cristalino (0001), mientras que el dopaje con aluminio muestra la tendencia opuesta. Este efecto se origina en la dinámica de la superficie y es independiente de la composición de la fase gaseosa. El átomo de nitrógeno está unido a tres átomos de silicio inferiores en el plano cristalino (0001), pero solo puede unirse a un átomo de silicio en el plano cristalino (0001), lo que da como resultado una tasa de desorción de nitrógeno mucho menor en el cristal (0001). avión. (0001) cara de cristal.

3. Relación entre concentración de dopaje y relación C/Si

El dopaje con impurezas también se ve afectado por la relación C/Si, y este efecto de competencia por ocupación de espacio también se observa en el crecimiento CVD del SiC. En el crecimiento por sublimación estándar, resulta complicado controlar de forma independiente la relación C/Si. Los cambios en la temperatura de crecimiento afectarán la relación C/Si efectiva y, por tanto, la concentración de dopaje. Por ejemplo, el dopaje con nitrógeno generalmente disminuye al aumentar la temperatura de crecimiento, mientras que el dopaje con aluminio aumenta al aumentar la temperatura de crecimiento.

4. El color como indicador del nivel de dopaje

El color de los cristales de SiC se vuelve más oscuro al aumentar la concentración de dopaje, por lo que el color y la profundidad del color se convierten en buenos indicadores del tipo y concentración de dopaje. El 4H-SiC y el 6H-SiC de alta pureza son incoloros y transparentes, mientras que el dopaje de tipo n o tipo p provoca la absorción del portador en el rango de luz visible, lo que le da al cristal un color único. Por ejemplo, el 4H-SiC tipo n absorbe a 460 nm (luz azul), mientras que el 6H-SiC tipo n absorbe a 620 nm (luz roja).

5. Inhomogeneidad del dopaje radial

En la región central de una oblea de SiC(0001), la concentración de dopaje suele ser mayor, manifestándose como un color más oscuro, debido al mayor dopaje de impurezas durante el crecimiento de las facetas. Durante el proceso de crecimiento del lingote, se produce un rápido crecimiento en espiral en la faceta 0001, pero la tasa de crecimiento a lo largo de la dirección del cristal <0001> es baja, lo que resulta en un mayor dopaje de impurezas en la región de la faceta 0001. Por lo tanto, la concentración de dopaje en la región central de la oblea es entre un 20% y un 50% mayor que en la región periférica, lo que señala el problema de la falta de uniformidad del dopaje radial enObleas de SiC (0001).

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