SiC क्रिस्टल में अव्यवस्था

SiC सब्सट्रेट में सूक्ष्म दोष हो सकते हैं, जैसे थ्रेडिंग स्क्रू डिस्लोकेशन (TSD), थ्रेडिंग एज डिस्लोकेशन (TED), बेस प्लेन डिस्लोकेशन (BPD), और अन्य। ये दोष परमाणु स्तर पर परमाणुओं की व्यवस्था में विचलन के कारण होते हैं।

SiC क्रिस्टल आम तौर पर इस तरह से बढ़ते हैं जो सी-अक्ष के समानांतर या इसके साथ एक छोटे कोण पर विस्तारित होते हैं, जिसका अर्थ है कि सी-प्लेन को बेस प्लेन के रूप में भी जाना जाता है। क्रिस्टल में दो मुख्य प्रकार की अव्यवस्थाएँ होती हैं। जब अव्यवस्था रेखा आधार तल के लंबवत होती है, तो क्रिस्टल बीज क्रिस्टल से एपिटैक्सियल विकसित क्रिस्टल में अव्यवस्थाएं प्राप्त करता है। इन अव्यवस्थाओं को पेनेट्रेटिंग अव्यवस्थाओं के रूप में जाना जाता है और इन्हें अव्यवस्था रेखा पर बर्नौली वेक्टर के उन्मुखीकरण के आधार पर थ्रेडिंग एज डिस्लोकेशन (टीईडी) और थ्रेडिंग स्क्रू डिस्लोकेशन (टीएसडी) में वर्गीकृत किया जा सकता है। अव्यवस्थाएं, जहां अव्यवस्था रेखाएं और ब्रोंस्टेड वेक्टर दोनों बेस प्लेन में होते हैं, उन्हें बेस प्लेन डिस्लोकेशन (बीपीडी) कहा जाता है। SiC क्रिस्टल में मिश्रित अव्यवस्थाएं भी हो सकती हैं, जो उपरोक्त अव्यवस्थाओं का एक संयोजन हैं।

1. टेड एवं टीएसडी

थ्रेडेड डिस्लोकेशन (टीएसडी) और थ्रेडेड एज डिस्लोकेशन (टीईडी) दोनों क्रमशः <0001> और 1/3 <11-20> के विभिन्न बर्गर वैक्टर के साथ [0001] विकास अक्ष के साथ चलते हैं।

टीएसडी और टीईडी दोनों सब्सट्रेट से वेफर सतह तक विस्तारित हो सकते हैं और छोटे गड्ढे जैसी सतह विशेषताएं उत्पन्न कर सकते हैं। आमतौर पर, TEDs का घनत्व लगभग 8,000-10,000 1/cm2 है, जो TSDs का लगभग 10 गुना है।

SiC एपिटैक्सियल विकास प्रक्रिया के दौरान, टीएसडी सब्सट्रेट से विस्तारित टीएसडी की एपिटैक्सियल परत तक फैलता है, सब्सट्रेट विमान पर अन्य दोषों में बदल सकता है और विकास अक्ष के साथ फैल सकता है।

यह दिखाया गया है कि SiC एपिटैक्सियल वृद्धि के दौरान, टीएसडी को सब्सट्रेट विमान पर स्टैकिंग लेयर दोष (एसएफ) या गाजर दोष में बदल दिया जाता है, जबकि एपिटैक्सियल परत में टीईडी को एपिटैक्सियल विकास के दौरान सब्सट्रेट से विरासत में मिली बीपीडी से परिवर्तित किया जाता है।

2. बीपीडी

बेसल प्लेन डिस्लोकेशन (बीपीडी), जो SiC क्रिस्टल के [0001] प्लेन में स्थित हैं, का बर्गर वेक्टर 1/3 <11-20> है।

बीपीडी शायद ही कभी SiC वेफर्स की सतह पर दिखाई देते हैं। ये आमतौर पर सब्सट्रेट पर 1500 1/सेमी2 के घनत्व पर केंद्रित होते हैं, जबकि एपिटैक्सियल परत में उनका घनत्व केवल 10 1/सेमी2 के आसपास होता है।

यह समझा जाता है कि SiC सब्सट्रेट की मोटाई बढ़ने के साथ BPD का घनत्व कम हो जाता है। जब फोटोल्यूमिनसेंस (पीएल) का उपयोग करके जांच की जाती है, तो बीपीडी रैखिक विशेषताएं दिखाते हैं। SiC एपीटैक्सियल विकास प्रक्रिया के दौरान, विस्तारित BPD को SF या TED में बदला जा सकता है।

उपरोक्त से, यह स्पष्ट है कि दोष SiC सब्सट्रेट वेफर में मौजूद हैं। ये दोष पतली फिल्मों के एपीटैक्सियल विकास में विरासत में मिल सकते हैं, जो SiC डिवाइस को घातक क्षति पहुंचा सकते हैं। इससे उच्च ब्रेकडाउन फ़ील्ड, उच्च रिवर्स वोल्टेज और कम लीकेज करंट जैसे SiC के फायदे ख़त्म हो सकते हैं। इसके अलावा, यह उत्पाद की योग्यता दर को कम कर सकता है और कम विश्वसनीयता के कारण SiC के औद्योगीकरण में बड़ी बाधाएँ पैदा कर सकता है।