Управление электрофизическими параметрами слоев карбида кремния и создание приборов для эксплуатации в экстремальных условиях

• Автор: Калинина, Евгения Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 251 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Облучение Б1С высокоэнергетичными частицами

1.1. Облучение электронами

1.1.1. Микроструктурные исследования

1.1.1.1. Облучение высокоэнергетичными электронами

1.1.1.2. Облучение низкоэнергетичными электронами

1.1.2. Электрические исследования образцов, облученных электронами

1.2. Облучение нейтронами

1.3. Облучение ионами

1.3.1. Облучение протонами
1.3.2. Облучение средними ионами
1.3.2.1. Облучение при низких температурах мишени
1.3.2.2. Облучение в нагретую мишень
1.4. Выводы
Глава 2. Свойства и легирование карбида кремния'
2.1. Основные сведения о свойствах карбида кремния
2.2. Особенности легирования Б1С и легирующие примеси
2.3. Особенности ионного легирования карбида кремния
2.3.1. Возможности и теоретические аспекты ионного легирования
2.3.2. Дефектообразование при ионной имплантации А1 в БЮ
2.4. Практические выводы
Глава 3. Отработка оптимальной технологии создания ионно легированных алюминием р-п переходов в б/Т-БЮ
3.1. Требования к диодным структурам
3.2. Основные методы создания р-п переходов в карбиде кремния
3.2.1. Диффузионные р-п переходы
3.2.2. Жидкофазная эпитаксия
3.2.3. Р-п переходы, сформированные сублимационным методом
3.2.4. Р-п переходы, сформированные газотранспортной эпитаксией
3.3. Диоды на основе ионно легированных р-п переходов
3.4. Методика эксперимента по отработке технологии формирования ионно-легированных алюминием р- слоев
3.5. Электрические характеристики ионно легированных алюминием р-п переходов
3.5.1. Профиль р-п переходов в зависимости от условий ионного легирования и отжигов
3.5.2. Распределение электрически активных акцепторов в области р-п переходов
3.5.3. Вольт-амперные характеристики р-п переходов при малых плотностях прямого тока
3.5.4. Вольт-амперные характеристики при больших плотностях прямого тока
3.5.5. Обратные вольт-амперные характеристики р-п переходов
З.б. Выводы
Глава 4. Структурные и электрофизические особенности ионнолегированных алюминием слоев в 4Я-8ІС диодных структурах
4.1. Исследования влияния буферных слоев на качество п-АН-$>С СУО эпитаксий
4.1.1. Методика исследования СVI) эпитаксиальных слоев
4.1.2. Влияние ЬРЕ буферных слоев на характеристики СУО эпитаксий
4.2. Структурные и электрические характеристики ионно легированных алюминием р+- слоев
4.2.1. Создание и методики исследования р - слоев
4.2.2. Структурные исследованияр+ -слоев
4.2.3. Электрические характеристики/Г-слоев
4.3. Влияние процесса формирования ионно-легированных алюминием р -областей на качество СУБ слоев
4.3.1. Методики исследования СУБ слоев
4.3.2. Эффекты радиационно-ускоренной диффузии дефектов и их геттерирования в СУБ слоях
4.3.3. Влияние эффектов радиационно-ускоренной диффузии дефектов и их геттерирования на электрические характеристики СУО слоев
4.4. Выводы
Глава 5. Диоды на основе ионно - легированных алюминием
р+-п- гГ структур в 4Я-8ІС
5.1. Технология создания и методики исследованияр+-п- п структур
5.2. Электрические характеристики диодов с ионно-легированными р"-п переходами
5.2.1. Вольт-фарадные и БІЛЕ измеренияр+-п переходов
5.2.2. Прямые вольт-амперные характеристики при малых плотностях тока
5.2.3. Прямые вольт-амперные характеристики при больших плотностях тока
5.2.4. Обратные вольт-амперные характеристики
5.3. Выводы
Глава 6. 8ІС детекторы частиц высокой энергии
6.1. БіС детекторы высокоэнергетичных частиц
6.1.1. Требования к детекторным структурам
6.1.2. Детекторы на основе 8ІС (Обзор)
6.1.3. Анализ механизма собирания носителей заряда в 8ІС детекторах
6.2. Детекторы на основе 4Я-8ІС СУО эпитаксиальных слоев
6.2.1. Методика эксперимента
6.2.2. Детекторы с барьерами Шоттки

6.2.3. Детекторы на основе ионно-легированных алюминием р+-п переходов
6.2.3.1. Работа детекторов при комнатной температуре
6.2.3.2. Работа детекторов и матриц при повышенных температурах
6.3. Выводы
Глава 7. Облучение высокоэнергетичными частицами карбида кремния и приборов на его основе
7.1. Облучение карбида кремния тяжелыми ионами
7.1.1. Облучение тяжелыми ионами кристаллов SiC (Обзор)
7.1.2. Структурные нарушения при облучении 4/7-SiC CVD слоев ионами Bi
7.2. Облучение частицами высоких энергий приборных структур на основе карбида кремния
7.2.1. Облучение приборных структур на основе бЯ-SiC (Обзор)
7.2.2. Облучение ионно-легированных алюминиемр'-п - п структур в
477-SiC
7.2.2.1 Облучение нейтронами и у - квантами
1.2.2.2 Облучение ионами Кг и Bi
1.2.23 Облучение структур рентгеновскими импульсами
7.3. Выводы
Заключение
Список публикаций, включенных в диссертацию

к увеличению радиационного ресурса приборов на основе SiC. Эти предпосылки согласуются с расчетами по программе TRIM дефектообразования в SiC под воздействием протонов с энергией 8 МэВ [105]
Возможность получения изолирующих слоев в объеме SiC при протонном облучении изучалась с использованием п-бН и 477-SiC кристаллов, эпитаксиальных слоев и р-п переходов, изготовленных на их основе сублимацией или CVD методом [106,107]. Облучение протонами проводилось с энергиями 100 кэВ и 8 МэВ флюенсами в диапазоне lxl 014-6x1017 см'2. При низких энергиях ионов методом атомно-силовой
микроскопии (AFM) было определено образование на глубине проецированного пробега протонов (0.65 мкм) аморфных слоев после облучения образцов флюенсами ЗхЮ17 см'2. Вероятно при такой дозе протонов в конце их пробега была достигнута критическая концентрация многовакансионных комплексов (~ 2хЮ20 см'2), необходимая для реализации фазового перехода монокристалл-аморфное состояние. На образование дефектных комплексов указывало и температурное поведение спектров PL (77К) [104]. После облучения пики PL, наблюдаемые в исходных образцах, практически исчезали и появлялись только после отжига при 800 °С. Полное восстановление интенсивности спектров PL наблюдалось после отжига при 1500 °С, что характерно для температур отжига вакансионных комплексов в SiC. Согласно EPR измерениям, некоторые дефектные центры трактовались как дивакансии (Fc-f'si), наряду с присутствием простых вакансий Ус- По данным DLTS измерений эти дефекты создавали в запрещенной зоне SiC глубокие центры с энергиями активации Ес-0.5 эВ (Fc) и Ес-0.7, 1.1-1.22 эВ (Vc-Vs,)- Отжиг радиационных дефектов наблюдался при повышении температуры до 1500 К с уменьшением сопротивления облученных образцов по экспоненциальному закону [106]. При этом максимальная энергия активации сопротивления образцов наблюдалась при максимальной дозе облучения 2х 1016 см'2 и была близка к энергии ионизации ГЦ Ес- (.1-1.22) эВ, концентрация которого возрастала с увеличением дозы облучения (Рис. 1.13). Авторы отмечали, что при облучении 6//-SiC протонами наблюдалось, по сравнению с исходной величиной, уменьшение концентрации носителей при температуре 300 К и увеличение при температуре 650 К с увеличением флюенсов облучения. Для образцов 4/7-SiC при комнатной и повышенной