Исследование радиационных дефектов в карбиде кремния емкостными методами

• Автор: Давыдов, Денис Викторович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 132 с. : ил

Содержание
Введение
Глава 1. Основные свойства карбида кремния и глубоких центров, связанных с собственными и радиационными дефектами
1.1. Основные физические свойства карбида кремния
1.2. Технология получения объёмных кристаллов и эпитаксиальных слоев карбида кремния
1.2.1. Получение эпитаксиальных слоев БЮ методом сублимации в открытой ростовой системе
1.2.2. Метод химического осаждения из газовой фазы
1.3. Основные примеси в карбиде кремния
1.4. Собственные и радиационные дефекты в карбиде кремния
1.4.1. 6Н-8!С
1.4.2. 4Н-81С
Глава 2. Нестационарная спектроскопия глубоких уровней
2.1.Использованные экспериментальные методы
2.2.Физические основы использованных экспериментальных методов
2.3. Нестационарная спектроскопия глубоких уровней
2.3.1. Нестационарная емкостная спектроскопия глубоких уровней
2.3.2. Учёт уширения пиков ОЬТБ
2.3.3. Токовая спектроскопия глубоких уровней
2.4. Измерительная установка
2.4.1. Установка для измерения емкостных спектров БЬТБ
2.4.2. Установка для измерения токовых спектров
2.5. Заключение
Глава 3. Радиационные дефекты в карбиде кремния, вводимые оо.пчеппеч протонами с энергией 8 МэВ и 150 кэВ
3.1. Образцы и организация эксперимента по облучению протонами с энергией 8 МэВ
3.2. Радиационные дефекты в 6Н- и 4Н-51С, вводимые облучением проюнами с энергией 8 МэВ
3.2.1. Спектры ИГте радиационных дефектов в бН-БЮ
3.2.2. Спектры БЬТБ радиационных дефектов в 4Н-81С
3.3. Исследование вольт-фарадных характеристик облученных структур
3.3.1. Особенности ёмкости диодов имеющих широкий спектр ГЦ в базовой области
3.3.2. Экспериментальные результаты для бН-БіС
3.3.3. Экспериментальные результаты для 4Н-8ІС
3.3.4. Влияние облучения на электрические характеристики диодов Шоттки, изготовленных на основе слаболегированных эпитаксиальных слоев 6Н- и 4Н-

3.4. Исследование РД, создаваемых протонами с энергией 150 кэВ
3.5. Заключение
Г лава 4. Детекторы короткопробежных ионов на основе слоев 6Н-8ІС
4.1. Детекторы короткопробежных ионов на основе эпитаксиальных слоев бН-ЭЮ, выращенных сублимационной эпитаксией
4.1.1. Величина средней энергии образования пары электрон-дырка
4.1.2. Длина диффузионного смещения дырок
4.2. Регистрация а-частиц диодами на основе 6Н-8ІС. облучёнными протонами с энергией 8 МэВ
4.2.1. Частица пронизывает структуру детектора
4.2.2. Частица тормозится в детекторе
4.3. Влияние облучения релятивистскими протонами на характеристики детекторов ядерных частиц на основе бН-БіС
4.4. Заключение
Заключение
Публикации автора
Литература

Введение
Актуальность темы
Развитие современной энергетики, космических технологий и средств телекоммуникаций создало потребность в мощных и высокочастотных полупроводниковых приборах, способных работать при высоких температурах и высоких уровнях ионизирующего излучения. Существующая в настоящее время технология создания приборов на основе кремния не позволяет получать такие приборы, что привело к необходимости поиска альтернативных материалов и создания приборов на их основе. Этим вызван большой интерес к широкозонным полупроводниковым соединениям, таким как соединения А3В;> и карбид кремния. Среди соединений А^ наибольший интерес представляют нитриды элементов 3е" группы и их твердые растворы, однако, отсутствие собственных подложек не позволяет получать эпитаксиальные структуры достаточно высокого качества и ограничивает применения этих соединений в силовой электронике. Поэтому одним из наиболее перспективных на сегодняшний день материалов силовой и высокотемпературной электроники является карбид кремния.
В результате активного развития технологии карбида кремния в течение последних 10-15 лет на основе этого материала были созданы практически все основные типы полупроводниковых приборов. Успехи в технологии сделали в настоящее время возможным промышленное производство ряда приборов на основе 81С (полевых СВЧ транзисторов и выпрямительных диодов).
В то же время для карбида кремния сохраняются некоторые сложности в реализации приборов на его основе. Применение традиционных операций планарной технологии - диффузии и ионной имплантации - затруднено из-за низкого коэффициента диффузии примесей в БЮ и чрезвычайно высокими температурами отжига дефектов, возникающих в процессе имплантации.
Известно, что центры с глубокими уровнями (ГЦ) определяют многие важнейшие характеристики полупроводниковых материалов, оказывающие влияние на работу приборов. В частности, глубокие центры влияют на время жизни и длину диффузионного смещения неосновных носителей заряда, значения подвижности носителей и т.д. Все это относится как к глубоким центрам, связанным с примесями и собственными точечными дефектами (вакансиями и вакансионными комплексами), так и к дефектам радиационного происхождения.
Вопрос о радиационных дефектах (РД) может рассматриваться с двух точек зрения: с точки зрения радиационной стойкости полупроводника и приборов на его основе, и с

2.3. Нестационарная спектроскопия глубоких уровней
2.3.1. Нестационарная емкостная спектроскопия глубоких уровней
Из сказанного в предыдущем параграфе следует, что при подаче на р+-п переход ступеньки обратного напряжения вместе со быстрым изменением ёмкости, обусловленным мелкими примесями будет наблюдаться также экспоненциальная релаксация ёмкости связанная с наличием в базе глубоких уровней. Выражение (2.14) позволяет по температурной зависимости постоянной времени релаксации ёмкости т(Т) определять энергию ионизации соответствующего ГЦ. В методе Ш/ГБ для определения скорости изменения ёмкости, как правило, используется метод двухстробного интегрирования. После подачи на образец обратного напряжения измеряемся ранте п. мгновенных значений ёмкости в моменты времени ц и после подачи обратного напряжения [110]:
ДС = С(Ц)-С(12) (2.17)
Собственно спектром ШЛД является зависимость величины АС от температуры. Для заполнения ГЦ на образец периодически подаются импульсы заполнения, во время которых происходит сужение слоя объёмного заряда и заполнение электронных ловушек, то есть ГЦ, обменивающихся электронами с зоной проводимости, электронами в случае п-базы, или дырочных ловушек дырками в случае р-базы. Для того чтобы получить сигнал от ловушек для неосновных носителей необходимо во время импульсов сброса создавать в базе высокую концентрацию неосновных носителей заряда. Это можно осуществлять как оптическим возбуждением неравновесных носителей, гак и путем инжекции их через металлургическую границу р-п перехода. В ходе данной работы было возможно использовать второй способ. Поскольку большинство объектов исследования представляло собой диоды Шоттки, где инжекция невозможна то, как правило, мы имели возможность исследовать ГЦ только в одной половине запрещённой зоны.
Величина АС немонотонно зависит от температуры, имея максимум. Действительно, в случае низких температур, когда т»12, ёмкость р-п перехода после включения обратного напряжения будет меняться медленно, т.е.
С ДО и ОД *С(0) и АС* 0 При высоких температурах, когда тссц , ёмкость практически полностью успевает релаксировать до момента Ц:
СВО ~ С(Ц)« С (оо) и АС «