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Contrôle du dopage dans la croissance du SiC par sublimation

2024-04-30

Carbure de silicium (SiC)joue un rôle important dans la fabrication de produits électroniques de puissance et de dispositifs haute fréquence en raison de ses excellentes propriétés électriques et thermiques. La qualité et le niveau de dopage deCristaux de SiCaffectent directement les performances du dispositif, c'est pourquoi un contrôle précis du dopage est l'une des technologies clés dans le processus de croissance du SiC.


1. Effet du dopage par impuretés


Dans la croissance par sublimation du SiC, les dopants préférés pour la croissance des lingots de type n et de type p sont respectivement l'azote (N) et l'aluminium (Al). Cependant, la pureté et la concentration de dopage de fond des lingots de SiC ont un impact significatif sur les performances du dispositif. La pureté des matières premières SiC etcomposants en graphitedétermine la nature et la quantité d’atomes d’impuretés dans lellingot. Ces impuretés comprennent le Titane (Ti), le Vanadium (V), le Chrome (Cr), le Ferrum (Fe), le Cobalt (Co), le Nickel (Ni)) et le Soufre (S). La présence de ces impuretés métalliques peut rendre la concentration d'impuretés dans le lingot 2 à 100 fois inférieure à celle de la source, affectant les caractéristiques électriques de l'appareil.


2. Effet polaire et contrôle des concentrations de dopage


Les effets polaires dans la croissance des cristaux de SiC ont un impact significatif sur la concentration de dopage. DansLingots SiCcultivée sur le plan cristallin (0001), la concentration de dopage à l'azote est nettement supérieure à celle cultivée sur le plan cristallin (0001), tandis que le dopage à l'aluminium montre la tendance opposée. Cet effet provient de la dynamique de surface et est indépendant de la composition de la phase gazeuse. L'atome d'azote est lié à trois atomes de silicium inférieurs sur le plan cristallin (0001), mais ne peut être lié qu'à un seul atome de silicium sur le plan cristallin (0001), ce qui entraîne un taux de désorption de l'azote beaucoup plus faible sur le cristal (0001). avion. (0001) visage en cristal.


3. Relation entre la concentration de dopage et le rapport C/Si


Le dopage des impuretés est également affecté par le rapport C/Si, et cet effet de compétition d'occupation de l'espace est également observé dans la croissance CVD du SiC. Dans la croissance par sublimation standard, il est difficile de contrôler indépendamment le rapport C/Si. Les changements de température de croissance affecteront le rapport C/Si effectif et donc la concentration de dopage. Par exemple, le dopage à l’azote diminue généralement avec l’augmentation de la température de croissance, tandis que le dopage à l’aluminium augmente avec l’augmentation de la température de croissance.


4. La couleur comme indicateur du niveau de dopage


La couleur des cristaux de SiC devient plus foncée avec l'augmentation de la concentration de dopage, de sorte que la couleur et la profondeur de la couleur deviennent de bons indicateurs du type et de la concentration de dopage. Le 4H-SiC et le 6H-SiC de haute pureté sont incolores et transparents, tandis que le dopage de type n ou de type p provoque une absorption des porteurs dans la plage de la lumière visible, donnant au cristal une couleur unique. Par exemple, le 4H-SiC de type n absorbe à 460 nm (lumière bleue), tandis que le 6H-SiC de type n absorbe à 620 nm (lumière rouge).


5. Inhomogénéité du dopage radial


Dans la région centrale d'une plaquette de SiC (0001), la concentration de dopage est généralement plus élevée, se manifestant par une couleur plus foncée, en raison d'un dopage accru des impuretés lors de la croissance des facettes. Au cours du processus de croissance du lingot, une croissance rapide en spirale se produit sur la facette 0001, mais le taux de croissance dans la direction cristalline <0001> est faible, ce qui entraîne un dopage accru des impuretés dans la région de la facette 0001. Par conséquent, la concentration de dopage dans la région centrale de la plaquette est de 20 % à 50 % supérieure à celle de la région périphérique, soulignant le problème de la non-uniformité du dopage radial dansPlaquettes SiC (0001).


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