Термическое окисление монокристаллов карбида кремния политипа 6Н

• Автор: Рябинина, Ирина Александровна
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 144 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА КАРБИДА КРЕМНИЯ КАК ПЕРСПЕКТИВНОГО МАТЕРИАЛА МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

1.1. Кристаллическая структура и политипизм Б1С

1.2. Основные методы синтеза монокристаллов карбида кремния

1.3. Электрофизические свойства карбида кремния

1.4. Термическое окисление карбида кремния

1.5. Перспективы применения карбида кремния в силовой электрон

Выводы к первой главе

Глава 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1. Исследование монокристаллов карбида кремния

2.1.1. Количественный анализ элементного состава монокристаллов карбида кремния
2.1.2. Выявление поверхностных дефектов на пластинах карбида кремния
2.1.3. Определение ширины запрещенной зоны карбида кремния
2.1.4. Определение электрических параметров, концентрации свободных носителей зарядов и их подвижности в монокристаллах Б КЗ
2.2. Технология выращивания диэлектрических слоев на карбиде кремния
2.2.1. Оборудование для проведения процесса термического окисления карбида кремния
2.2.2. Определение толщины 8Ю2 на карбиде кремния
2.2.3. Определение пористости пленок БЮг на карбиде кремния
2.2.4. Определение поверхностных состояний на границе раздела БЮгБЮ
2.3. Измерение вольтамперных и вольтфарадных характеристик диодных структур на основе монокристаллов бНБЮ Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУР И СВОЙСТВ МОНОКРИСТАЛЛОВ БКЗ
4.3. Влияние режимов окисления на дефектность пленок 8Юг на 6Н8С
3.1. Стехиометрия кристаллов карбида кремния
3.2. Морфология поверхности монокристаллов 8С. Макроскопические и микроскопические дефекты
3.3. Определение политипа, концентрации и подвижности носителей заряда в пластинах 8С Выводы к третьей главе
Глава 4. ТЕРМИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕШЕ 6Н8С
4.1. Исследование кинетики термического окисления 6Н8С
4.2. Термодинамические параметры процессов термического окисления бНБС
4.4. Исследование вольтамперных и вольтфарадных характеристик диодных структур на основе бНБС
Выводы к четвертой главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


ГЛАВА 1. Карбид кремния представляет собой целый класс материалов, имеющих одинаковую химическую природу, но отличающихся по электрофизическим параметрам. Образцы БіС могут иметь различную кристаллическую структуру - кубическую (ЗС-БіС), гексагональную (2Н-8ІС, 4Н-8ІС, 6Н-8ІС и др. Н-8іС), ромбоэдрическую (1*, Я и др. Карбид кремния (карборунд) относится к наиболее ярким представителям политипных соединений. Собственно, термин «политипизм» был специально введен для карборунда. В настоящее время известно около 0 кристаллических модификаций 8ІС [1-4]. Рис. Первые кристаллы С были обнаружены в году при исследовании метеоритов в каньоне Дьявола в Аризонской пустыне Генри Муассаном (Мо1з5ап). В году Эдвард Ачссон запатентовал промышленный метод получения ЭЮ [5]. В том же году было определено методом оптических гониометрических измерений, что кристаллы 8Ю, выращенные Ачисоном, характеризуются большим количеством кристаллографических структур, называемых политипами. В отношении С это был знаменательный день для кристаллографов. С, поэтому это явление рассмотрим более подробно. Карбид кремния представляет собой полупроводник с широкой запрещенной зоной, имеющий % атомов кремния и % атомов углерода. Политипы отличаются порядком чередования двойных плоскостей -С [6, 7]. Рассмотрим различные способы возможной укладки твердых шаров в плотной упаковке (рис. В данном случае обозначим пару атомов Б1-С в плоскости А, содержащей двойной слой атомов как Аа, слой атомов в плоскости В как ВЬ, слой в плоскости С - как Сс. Теперь можно представить последовательность упаковки двойных слоев вдоль главной кристаллографической оси (ось г перпендикулярна плоскости х - у, показанной на рис. Рис. Для упаковки SiC типа АаВЬСсАаВЬСс. ЗС или структуру цинковой обманки. Если мы имеем дело с упаковкой двойных слоев типа АаВЬАаВЬ. Н SiC или к структуре типа вюрцита. Другие политипы, характерные для SiC, можно получить, используя следующую последовательность упаковки двойных слоев вдоль оси z: 4Н SiC (АаВЬАаСс АаВЬАаСс. Н SiC (АаВЬСсАаСс-ВЬАаВЬСсАаСсВЬ. R SiC (АаВЬСсАаСсВЬСсАаВЬАаСс-АаВЬ-СсВЬСсАаСсВЬСсЛаВЬАаСсАВЬСсВЬ. Обозначение, называемое обозначением Рамсделла, является вполне очевидным: С обозначает кубическую упаковку, Н — гексагональную, a R — ромбоэдрическую. Для простоты, в SiC двойные атомные слои Аа, ВЬ, Сс обозначают как А, В, С. Как видно из рис. Фактически, каждый политип можно определить по периоду повторения вдоль главной кристаллографической оси (ось z, показанная на рис. Л (0 нм). Вопрос стабильности того или иного политипа остается открытым, и является предметом изучения многих групп теоретиков-исследователей. Одна из причин того, почему вытянутые узкие элементарные ячейки политипов SiC - это больше, чем просто кристаллографический курьез, состоит в том, что различные элементарные ячейки имеют различное число неэквивалентных узлов в подрешетках кремния или углерода, в которых могут размещаться легирующие примеси или около которых могут формироваться точечные дефекты. Пример неэквивалентных узлов представлен на рис. Эта особенность и изменение ширины запрещенной зоны в зависимости от политипа оказывают серьезное влияние на свойства различных политипов и обуславливает появление целого семейства полупроводников со свойствами, которые отличаются от классического SiC. Еще Кейсом было доказано, что соотношение между степенью гексагональности структуры карбида кремния и ширины запрещенной зоны является линейным [8]. Это может означать следующее. Азот в 8Ю выступает в качестве мелкого донора, если он замещает атомы в подрешетке углерода, и аналогично алюминий выступает как акцептор, если он замещает атомы в подрешетке кремния. Тогда в 4Н 8Ю имеется два вида доноров и акцепторов, в 6Н БЮ имеется три вида доноров и акцепторов, а в И. БЮ имеется 5 доноров и акцепторов, соответственно, причем все они обусловлены замещением основных атомов материала только одним типом легирующей примеси. Причину этого можно более четко увидеть при анализе рис. Рис. На рис.