Получение профилированных монокристаллов карбида кремния методами сублимации и электрической эрозии

• Автор: Карачинов, Владимир Александрович
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Великий Новгород
• Количество страниц: 304 с. : ил.

Введение

ГЛАВА 1. Реальная структура кристаллов карбида кремния

и области их применения

1.1. Кристаллическая структура карбида кремния.

1.2. Дефекты в кристаллах карбида кремния

1.2.1. Дислокационная структура ЭЮ.

1.2.2.1. Отрицательные кристаллы химической природы

1.2.2.2. Отрицательные кристаллы ростовой природы

1.3. Области применения карбида кремния

1.3.1. Поликристаллический Э1С.

1.3.2. Монокристаллический Б1С.

1.3.3. Аморфный ЭЮ.
Выводы по главе
ГЛАВА 2. Сублимационное профилирование кристаллов карбида кремния
2.1. Технологические особенности получения профилированных кристаллов БЮ
2.2. Основные типы протяженных дефектов в профилированных кристаллах вЮ
2.3. Дислокационная структура профилированных кристаллов Б1С
в связи с условиями роста и легирования
2.3.1. Эволюция дислокационной структуры в процессе сублимационного профилирования.
2.3.2. Влияние тепловых условий выращивания на процессы формирования дислокационной структуры
2.3.2.1. Моделирование и анализ тепловых полей и термоупругих напряжений в кристаллах Б1С
2.3.2.2. Дислокационная структура и температура роста кристаллов. Эксперимент
2.3.2.3. Изменение дислокационной структуры в процессе
охлаждения кристаллов.
2.3.3. Влияние кинетических особенностей роста на дислокационную структуру.
2.3.4. Особенности формирования дислокационной структуры переходной области затравкакристалл
2.3.5. Профилирование с испаряющейся затравкой
2.3.6. Дислокационная структура кристаллов, легированных изовалентными примесями.
2.4. Сложное сублимационное профилирование.
2.4.1. Моделирование и исследование процессов массопереноса в кристаллизационных ячейках со сложным профилем канала роста
2.4.2. Управление дислокационной структурой кристаллов
при сложном профилировании.
Выводы по главе
ГЛАВА 3. Электроэрозионное профилирование кристаллов
карбида кремния
3.1. Эрозионная стойкость карбида кремния
3.1.1. Технологические особенности электроэрозии ЭЮ
3.1.2. Критерий эрозионной стойкости Палатника.
3.1.3. Критерий направленности связи.
3.2. Морфология эрозионных следов в кристаллах БЮ
3.2.1. Тепловые процессы в кристалле.
3.2.2. Эрозия Б1С в режиме жидкой фазы.
3.2.3. Морфология фигур частичного электрического пробоя ЭЮ
3.2.3.1. Анализ процессов электрического пробоя .
3.2.3.2. Каналы поверхностного разряда.
3.2.3.3. Каналы пробоя в объеме кристалла
3.2.4. Эрозия ЭЮ в режиме испарения
3.2.5. Эрозия ЭЮ в режиме ударного разрушения
3.2.5.1. Источники акустической энергии и механизмы разрушения
3.2.5.2. Разрядное индентирование i
3.3. Размерное профилирование i по методу вырезания нитевидным электродом.
3.3.1. Электротехнологические характеристики микропрофилирования кристаллов i.
3.3.2. Расчет статистической модели процесса эрозионного микропрофилирования кристаллов i.
3.3.3. Эрозионная резка объемных кристаллов i
3.4. Размерное эрозионное профилирование i по принципу прошивания 9 Выводы по главе
Глава 4. Техническое применение и свойства профилированных
кристаллов i.
4.1. Структуры теплоэлекгроники
4.1.1. Кольцевые терморезисторы
4.1.2. Термоанемометрические зонды.
4.1.2.1. Зонд с кондуктивной связью
4.1.2.2. Зонде прожигом
4.1.3. Пирометрические зонды.
4.2. Структуры и элементы микромеханики
4.3. Свойства профилированных кристаллов.
4.3.1. Вольтамперные характеристики р переходов.
4.3.2. МДПструктуры .
Выводы по главе
Заключение.
Список литературы


Движение дислокации от царапины, сформированной алмазным резцом, исследовался в работе ,. Было установлено, что дислокационная зона состоит из 3х типов полу петель с разной длиной разбега. Максимальный разбег имели полупетли, вытянутая часть которых отвечает краевому типу с вектором Бюргерса а3 . Вторая система полупетель с меньшим разбегом отвечала ориентации с вектором Бюргерса а3 плоскость скольжения базисная . Дислокационные сегменты параллельные царапине вдоль направления с ориентацией. Авторы сделали вывод, что релаксация напряжений вокруг царапины происходит за счет генерации и движения дислокаций в базисной плоскости. Причем заметный разбег дислокаций начинается при температурах свыше С, и они оказываются локализованы в приповерхностном слое толщиной гмкм. Подробный анализ дислокационной структуры монокристаллов БЮ, получаемых методом Лели и ЛЭТИ, приведен в . Электронномикроскопические исследования объемных кристаллов 4Н и 6НБ1С показали, что основу дислокационной структуры составляют торчковые дислокации, лежащие в призматических плоскостях. Торчковые дефекты это сложный дефект, состоящий из двух или нескольких смешанных дислокаций с вектором Бюргерса Ь рЛ. Однако винтовая компонента не была определена. Торчковые дислокации образуются в переходной области затравкамонокристалл и прорастают вдоль направления нормального роста через весь кристалл рис. Концентрация торчковых дислокаций согласно , зависит от условий выращивания и изменяется в пределах 4г7 см 2. Дислокации, лежащие в плоскостях , являются частичными дислокациями Шокли с вектором Бюргерса Ь , или смешанными дислокациями Ь п . Основные типы дислокаций, встречающиеся в монокристаллах Б1С, приведены в табл. Наряду с процессами роста некоторые технологические воздействия на кристаллы карбида кремния неизбежно приводят к возникновению трехмерных дефектов структуры ,,. Среди них определенный интерес для исследований представляют отрицательные кристаллы. Под отрицательным кристаллом понимают ограненную полость внутри положительного кристалла, обычно заполненную маточной средой раствором или газом . Если известна форма положительного кристалла, то отрицательный кристалл может быть построен следующим образом . Пусть начало кристаллографических осей находится в центре отрицательного кристалла рис. Параллельным переносом всех граней положительного кристалла за центр координатной системы получается соответствующий отрицательный кристалл БЮ. В символах это проявляется переменой знаков индексов на обратные. Рисунок 4 Система торчковых дислокаций бНБС. Призматические дефектыв пл. Дефекты, наблюдающиеся только в кристаллах, полученных при кристаллизации на затравках
отрицательного кристалла будут параллельны ребрам положительного кристалла, но свойства ребра вершин отрицательного кристалла будут отличаться от таковых положительного кристалла . В карбиде кремния находят проявление две известные формы отрицательных кристаллов открытые, сообщающиеся со средой ямки травления, штриховки закрытые, не сообщающиеся со средой включения маточной среды, поры . В то же время она может выступать в роли активной формообразующей ячейки, например, в процессах химического травления, эрозионного профилирования . К ним относятся, например, трубчатые монокристаллы С, образующиеся при сублимационном профилировании, а также отверстия, полости, сформированные методами эрозионного размерного профилирования ЭЮ. Образуя целые системы табл. БЮ. Они служат не только концентраторами напряжений и местами, от которых идет зарождение дислокаций, но и изменяют оптические и электрофизические характеристики ЭЮ . Известно, что применение метода травления для изучения реальной структуры полупроводниковых материалов основано на формировании видимых резких контрастных ямок травления в местах выхода дислокаций. Необходимым условием формирования таких ямок служит определенное соотношение между тремя скоростями растворения рис. Нормальная скорость травления уп направлена вдоль дислокационной линии, по нормали к поверхности. Рисунок 5 Отрицательный кристалл карбида кремния.