సిలికాన్ కార్బైడ్ ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క లోపాలు ఏమిటి

వృద్ధికి ప్రధాన సాంకేతికతSiC ఎపిటాక్సియల్మెటీరియల్స్ మొదట డిఫెక్ట్ కంట్రోల్ టెక్నాలజీ, ప్రత్యేకించి డిఫెక్ట్ కంట్రోల్ టెక్నాలజీ కోసం పరికరం వైఫల్యం లేదా విశ్వసనీయత క్షీణతకు గురవుతుంది. ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ ప్రాసెస్‌లో ఎపిటాక్సియల్ పొరలోకి విస్తరించే సబ్‌స్ట్రేట్ లోపాల మెకానిజం అధ్యయనం, సబ్‌స్ట్రేట్ మరియు ఎపిటాక్సియల్ లేయర్ మధ్య ఇంటర్‌ఫేస్‌లో లోపాల బదిలీ మరియు పరివర్తన చట్టాలు మరియు లోపాల యొక్క న్యూక్లియేషన్ మెకానిజం మధ్య పరస్పర సంబంధాన్ని స్పష్టం చేయడానికి ఆధారం. సబ్‌స్ట్రేట్ లోపాలు మరియు ఎపిటాక్సియల్ స్ట్రక్చరల్ డిఫెక్ట్స్, ఇవి సబ్‌స్ట్రేట్ స్క్రీనింగ్ మరియు ఎపిటాక్సియల్ ప్రాసెస్ ఆప్టిమైజేషన్.

యొక్క లోపాలుసిలికాన్ కార్బైడ్ ఎపిటాక్సియల్ పొరలుప్రధానంగా రెండు వర్గాలుగా విభజించబడ్డాయి: క్రిస్టల్ లోపాలు మరియు ఉపరితల స్వరూప లోపాలు. పాయింట్ లోపాలు, స్క్రూ డిస్‌లోకేషన్‌లు, మైక్రోటూబ్యూల్ లోపాలు, ఎడ్జ్ డిస్‌లోకేషన్‌లు మొదలైన వాటితో సహా క్రిస్టల్ లోపాలు ఎక్కువగా SiC సబ్‌స్ట్రేట్‌లపై లోపాల నుండి ఉద్భవించాయి మరియు ఎపిటాక్సియల్ పొరలోకి వ్యాపిస్తాయి. ఉపరితల పదనిర్మాణ లోపాలను సూక్ష్మదర్శినిని ఉపయోగించి కంటితో నేరుగా గమనించవచ్చు మరియు సాధారణ పదనిర్మాణ లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది. మూర్తి 4లో చూపిన విధంగా ఉపరితల పదనిర్మాణ లోపాలు ప్రధానంగా ఉన్నాయి: స్క్రాచ్, త్రిభుజాకార లోపం, క్యారెట్ లోపం, పతనం మరియు పార్టికల్. పెరుగుదల విధానం, ఫలితంగా ఉపరితల స్వరూప లోపాలు ఏర్పడతాయి.

పట్టిక 1. SiC ఎపిటాక్సియల్ పొరలలో సాధారణ మాతృక లోపాలు మరియు ఉపరితల పదనిర్మాణ లోపాలు ఏర్పడటానికి కారణాలు

 

పాయింట్ లోపాలు

పాయింట్ లోపాలు ఒకే లాటిస్ పాయింట్ లేదా అనేక లాటిస్ పాయింట్ల వద్ద ఖాళీలు లేదా ఖాళీల ద్వారా ఏర్పడతాయి మరియు వాటికి ప్రాదేశిక పొడిగింపు ఉండదు. ప్రతి ఉత్పత్తి ప్రక్రియలో, ముఖ్యంగా అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్‌లో పాయింట్ లోపాలు సంభవించవచ్చు. అయినప్పటికీ, వాటిని గుర్తించడం కష్టం, మరియు పాయింట్ లోపాలు మరియు ఇతర లోపాల రూపాంతరం మధ్య సంబంధం కూడా చాలా క్లిష్టంగా ఉంటుంది.

 

మైక్రోపైప్స్ (MP)

మైక్రోపైప్‌లు బర్గర్స్ వెక్టర్ <0001>తో వృద్ధి అక్షం వెంట వ్యాపించే బోలు స్క్రూ డిస్‌లోకేషన్‌లు. మైక్రోట్యూబ్‌ల వ్యాసం మైక్రాన్‌లో ఒక భాగం నుండి పదుల మైక్రాన్ల వరకు ఉంటుంది. మైక్రోట్యూబ్‌లు SiC పొరల ఉపరితలంపై పెద్ద గొయ్యి లాంటి ఉపరితల లక్షణాలను చూపుతాయి. సాధారణంగా, మైక్రోట్యూబ్‌ల సాంద్రత 0.1~1cm-2 మరియు వాణిజ్య పొర ఉత్పత్తి నాణ్యత పర్యవేక్షణలో తగ్గుతూనే ఉంటుంది.

 

స్క్రూ డిస్‌లోకేషన్స్ (TSD) మరియు ఎడ్జ్ డిస్‌లోకేషన్స్ (TED)

SiCలో డిస్‌లోకేషన్‌లు పరికర క్షీణత మరియు వైఫల్యానికి ప్రధాన మూలం. స్క్రూ డిస్‌లోకేషన్స్ (TSD) మరియు ఎడ్జ్ డిస్‌లోకేషన్స్ (TED) రెండూ గ్రోత్ యాక్సిస్‌తో పాటు వరుసగా <0001> మరియు 1/3<11–20> యొక్క బర్గర్స్ వెక్టర్స్‌తో నడుస్తాయి.

స్క్రూ డిస్‌లోకేషన్స్ (TSD) మరియు ఎడ్జ్ డిస్‌లోకేషన్స్ (TED) రెండూ సబ్‌స్ట్రేట్ నుండి పొర ఉపరితలం వరకు విస్తరించవచ్చు మరియు చిన్న గొయ్యి లాంటి ఉపరితల లక్షణాలను తీసుకురావచ్చు (మూర్తి 4b). సాధారణంగా, ఎడ్జ్ డిస్‌లోకేషన్‌ల సాంద్రత స్క్రూ డిస్‌లోకేషన్‌ల కంటే దాదాపు 10 రెట్లు ఉంటుంది. విస్తరించిన స్క్రూ డిస్‌లోకేషన్‌లు, అంటే సబ్‌స్ట్రేట్ నుండి ఎపిలేయర్ వరకు విస్తరించడం, ఇతర లోపాలుగా కూడా రూపాంతరం చెందుతాయి మరియు పెరుగుదల అక్షం వెంట వ్యాపిస్తాయి. సమయంలోSiC ఎపిటాక్సియల్పెరుగుదల, స్క్రూ డిస్‌లోకేషన్‌లు స్టాకింగ్ ఫాల్ట్‌లు (SF) లేదా క్యారెట్ లోపాలుగా మార్చబడతాయి, అయితే ఎపిలేయర్‌లలో ఎడ్జ్ డిస్‌లోకేషన్‌లు ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ సమయంలో సబ్‌స్ట్రేట్ నుండి సంక్రమించిన బేసల్ ప్లేన్ డిస్‌లోకేషన్స్ (BPDలు) నుండి మార్చబడినట్లు చూపబడింది.

 

బేసిక్ ప్లేన్ డిస్‌లోకేషన్ (BPD)

1/3 <11–20> బర్గర్స్ వెక్టర్‌తో SiC బేసల్ ప్లేన్‌లో ఉంది. SiC పొరల ఉపరితలంపై BPDలు చాలా అరుదుగా కనిపిస్తాయి. అవి సాధారణంగా 1500 cm-2 సాంద్రతతో ఉపరితలంపై కేంద్రీకృతమై ఉంటాయి, అయితే ఎపిలేయర్‌లో వాటి సాంద్రత కేవలం 10 cm-2 మాత్రమే. ఫోటోల్యూమినిసెన్స్ (PL) ఉపయోగించి BPDలను గుర్తించడం మూర్తి 4cలో చూపిన విధంగా సరళ లక్షణాలను చూపుతుంది. సమయంలోSiC ఎపిటాక్సియల్పెరుగుదల, విస్తరించిన BPDలు స్టాకింగ్ ఫాల్ట్‌లు (SF) లేదా ఎడ్జ్ డిస్‌లోకేషన్స్ (TED)గా మార్చబడతాయి.

 

స్టాకింగ్ లోపాలు (SFలు)

SiC బేసల్ ప్లేన్ యొక్క స్టాకింగ్ సీక్వెన్స్‌లో లోపాలు. స్టాకింగ్ లోపాలు సబ్‌స్ట్రేట్‌లోని SFలను వారసత్వంగా పొందడం ద్వారా ఎపిటాక్సియల్ లేయర్‌లో కనిపిస్తాయి లేదా బేసల్ ప్లేన్ డిస్‌లోకేషన్స్ (BPDలు) మరియు థ్రెడింగ్ స్క్రూ డిస్‌లోకేషన్స్ (TSDలు) పొడిగింపు మరియు పరివర్తనకు సంబంధించినవి కావచ్చు. సాధారణంగా, SFల సాంద్రత 1 cm-2 కంటే తక్కువగా ఉంటుంది మరియు Figure 4eలో చూపిన విధంగా PLను ఉపయోగించి గుర్తించినప్పుడు అవి త్రిభుజాకార లక్షణాన్ని ప్రదర్శిస్తాయి. అయినప్పటికీ, SiCలో షాక్లీ రకం మరియు ఫ్రాంక్ రకం వంటి వివిధ రకాల స్టాకింగ్ లోపాలు ఏర్పడతాయి, ఎందుకంటే విమానాల మధ్య తక్కువ మొత్తంలో స్టాకింగ్ ఎనర్జీ డిజార్డర్ కూడా స్టాకింగ్ సీక్వెన్స్‌లో గణనీయమైన క్రమరాహిత్యానికి దారి తీస్తుంది.

 

పతనం

క్షీణత లోపం ప్రధానంగా పెరుగుదల ప్రక్రియలో ప్రతిచర్య గది ఎగువ మరియు ప్రక్క గోడలపై కణ డ్రాప్ నుండి ఉద్భవించింది, ఇది రియాక్షన్ ఛాంబర్ గ్రాఫైట్ వినియోగ వస్తువుల యొక్క ఆవర్తన నిర్వహణ ప్రక్రియను ఆప్టిమైజ్ చేయడం ద్వారా ఆప్టిమైజ్ చేయవచ్చు.

 

త్రిభుజాకార లోపం

ఇది 3C-SiC పాలిటైప్ చేరిక, ఇది మూర్తి 4gలో చూపిన విధంగా బేసల్ ప్లేన్ దిశలో SiC ఎపిలేయర్ యొక్క ఉపరితలం వరకు విస్తరించి ఉంటుంది. ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల సమయంలో SiC ఎపిలేయర్ ఉపరితలంపై పడే కణాల ద్వారా ఇది ఉత్పత్తి కావచ్చు. కణాలు ఎపిలేయర్‌లో పొందుపరచబడి వృద్ధి ప్రక్రియలో జోక్యం చేసుకుంటాయి, ఫలితంగా 3C-SiC పాలిటైప్ చేరికలు ఏర్పడతాయి, ఇవి త్రిభుజాకార ప్రాంతం యొక్క శీర్షాల వద్ద ఉన్న కణాలతో పదునైన కోణ త్రిభుజాకార ఉపరితల లక్షణాలను చూపుతాయి. అనేక అధ్యయనాలు పాలీటైప్ చేరికల మూలాన్ని ఉపరితల గీతలు, మైక్రోపైప్‌లు మరియు వృద్ధి ప్రక్రియ యొక్క సరికాని పారామితులకు కూడా ఆపాదించాయి.

 

క్యారెట్ లోపం

క్యారెట్ లోపం అనేది TSD మరియు SF బేసల్ క్రిస్టల్ ప్లేన్‌ల వద్ద ఉన్న రెండు చివరలతో కూడిన స్టాకింగ్ ఫాల్ట్ కాంప్లెక్స్, ఇది ఫ్రాంక్-టైప్ డిస్‌లోకేషన్ ద్వారా ముగించబడుతుంది మరియు క్యారెట్ లోపం యొక్క పరిమాణం ప్రిస్మాటిక్ స్టాకింగ్ ఫాల్ట్‌కు సంబంధించినది. ఈ లక్షణాల కలయిక క్యారెట్ లోపం యొక్క ఉపరితల స్వరూపాన్ని ఏర్పరుస్తుంది, ఇది మూర్తి 4fలో చూపిన విధంగా 1 cm-2 కంటే తక్కువ సాంద్రతతో క్యారెట్ ఆకారం వలె కనిపిస్తుంది. గీతలు, TSDలు లేదా ఉపరితల లోపాలను పాలిష్ చేయడంలో క్యారెట్ లోపాలు సులభంగా ఏర్పడతాయి.

 

గీతలు

గీతలు మూర్తి 4h లో చూపిన విధంగా ఉత్పత్తి ప్రక్రియలో ఏర్పడిన SiC పొరల ఉపరితలంపై యాంత్రిక నష్టాలు. SiC సబ్‌స్ట్రేట్‌పై గీతలు ఎపిలేయర్ యొక్క పెరుగుదలకు ఆటంకం కలిగిస్తాయి, ఎపిలేయర్‌లో అధిక-సాంద్రత డిస్‌లోకేషన్‌ల వరుసను ఉత్పత్తి చేస్తాయి లేదా గీతలు క్యారెట్ లోపాలు ఏర్పడటానికి ఆధారం కావచ్చు. అందువల్ల, SiC పొరలను సరిగ్గా పాలిష్ చేయడం చాలా కీలకం ఎందుకంటే ఈ గీతలు పరికరం యొక్క క్రియాశీల ప్రదేశంలో కనిపించినప్పుడు పరికరం పనితీరుపై గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతాయి.

 

ఇతర ఉపరితల పదనిర్మాణ లోపాలు

స్టెప్ బంచింగ్ అనేది SiC ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ ప్రక్రియలో ఏర్పడిన ఉపరితల లోపం, ఇది SiC ఎపిలేయర్ యొక్క ఉపరితలంపై మందమైన త్రిభుజాలు లేదా ట్రాపెజోయిడల్ లక్షణాలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఉపరితల గుంటలు, గడ్డలు మరియు మరకలు వంటి అనేక ఇతర ఉపరితల లోపాలు ఉన్నాయి. ఈ లోపాలు సాధారణంగా ఆప్టిమైజ్ చేయని వృద్ధి ప్రక్రియలు మరియు పాలిషింగ్ డ్యామేజ్‌ని అసంపూర్తిగా తొలగించడం వల్ల సంభవిస్తాయి, ఇది పరికరం పనితీరును ప్రతికూలంగా ప్రభావితం చేస్తుంది.