Pambuka kanggo Proses Implantasi Ion Silicon Carbide lan Annealing

Ing pangolahan doping piranti daya silikon karbida, dopan sing umum digunakake kalebu nitrogen lan fosfor kanggo doping tipe-n, lan aluminium lan boron kanggo doping tipe-p, kanthi energi ionisasi lan wates kelarutan ditampilake ing Tabel 1 (cathetan: heksagonal (h). ) lan kubik (k)).

▲Tabel 1. Energi Ionisasi lan Watesan Kelarutan Dopan Utama ing SiC

Gambar 1 nggambarake koefisien difusi gumantung suhu saka dopan utama ing SiC lan Si. Dopan ing silikon nuduhake koefisien difusi sing luwih dhuwur, ngidini doping difusi suhu dhuwur watara 1300°C. Ing kontras, koefisien difusi fosfor, aluminium, boron, lan nitrogen ing silikon karbida luwih murah, sing mbutuhake suhu ing ndhuwur 2000 ° C kanggo tingkat difusi sing cukup. Difusi suhu dhuwur ngenalake macem-macem masalah, kayata macem-macem cacat difusi sing ngrusak kinerja listrik lan ora cocog karo fotoresist umum minangka topeng, nggawe implantasi ion minangka pilihan tunggal kanggo doping silikon karbida.

▲Gambar 1. Konstanta Difusi Komparatif Dopan Utama ing SiC lan Si

Sajrone implantasi ion, ion kelangan energi amarga tabrakan karo atom kisi substrat, nransfer energi menyang atom kasebut. Energi sing ditransfer iki ngeculake atom-atom saka energi pengikat kisi, saéngga bisa pindhah ing substrat lan tabrakan karo atom kisi liyane, sing bisa ngilangi. Proses iki terus nganti ora ana atom bebas sing nduweni energi sing cukup kanggo ngeculake liyane saka kisi kasebut.

Amarga jumlah ion sing akeh banget, implantasi ion nyebabake karusakan kisi ekstensif ing cedhak permukaan substrat, kanthi tingkat kerusakan sing ana gandhengane karo parameter implantasi kayata dosis lan energi. Dosis sing berlebihan bisa ngrusak struktur kristal sing cedhak karo permukaan substrat, dadi amorf. Kerusakan kisi iki kudu didandani menyang struktur kristal tunggal lan ngaktifake dopan sajrone proses anil.

Anil suhu dhuwur ngidini atom entuk energi saka panas, ngalami gerakan termal kanthi cepet. Sawise pindhah menyang posisi ing kisi kristal tunggal kanthi energi gratis sing paling murah, dheweke bakal manggon ing kono. Mangkono, karbida silikon amorf lan atom dopan sing rusak ing cedhak antarmuka substrat mbangun maneh struktur kristal tunggal kanthi pas menyang posisi kisi lan kaiket dening energi kisi. Iki ndandani kisi simultan lan aktivasi dopan nalika anil.

Riset wis nglaporake hubungan antarane tingkat aktivasi dopan ing SiC lan suhu anil (Gambar 2a). Ing konteks iki, loro lapisan epitaxial lan substrate iku n-jinis, karo nitrogen lan fosfor implanted kanggo ambane 0.4μm lan dosis total 1×10^14 cm^-2. Kaya sing dituduhake ing Gambar 2a, nitrogen nuduhake tingkat aktivasi ing ngisor 10% sawise anil ing 1400 ° C, nganti 90% ing 1600 ° C. Prilaku fosfor padha, mbutuhake suhu anil 1600 ° C kanggo tingkat aktivasi 90%.

▲Gambar 2a. Tarif Aktivasi Unsur sing Beda ing Macem-macem Suhu Annealing ing SiC

Kanggo pangolahan implantasi ion p-jinis, aluminium umume digunakake minangka dopan amarga efek difusi anomali boron. Kaya implantasi tipe-n, anil ing 1600 ° C kanthi signifikan ningkatake tingkat aktivasi aluminium. Nanging, riset dening Negoro et al. nemokake yen sanajan ing 500 ° C, resistance sheet tekan jenuh ing 3000Ω / kothak karo implantasi aluminium dosis dhuwur, lan nambah dosis luwih ora nyuda resistance, nuduhake yen aluminium ora maneh ionizes. Mangkono, nggunakake implantasi ion kanggo nggawe wilayah p-jinis banget doped tetep tantangan teknologi.

▲Gambar 2b. Hubungan Antarane Tarif Aktivasi lan Dosis Unsur sing Beda ing SiC

Ambane lan konsentrasi dopan minangka faktor kritis ing implantasi ion, langsung mengaruhi kinerja listrik piranti kasebut lan kudu dikontrol kanthi ketat. Spektrometri Massa Ion Sekunder (SIMS) bisa digunakake kanggo ngukur kedalaman lan konsentrasi dopan pasca implantasi.**