የሲሊኮን ካርቦይድ ኤፒታክሲያል ንብርብር ጉድለቶች ምንድናቸው?

ለእድገቱ ዋና ቴክኖሎጂሲሲ ኤፒታክሲያልቁሳቁሶች በመጀመሪያ ደረጃ የጉድለት መቆጣጠሪያ ቴክኖሎጂ ናቸው፣ በተለይም ለመሳሪያ ውድቀት ወይም ለአስተማማኝነት መበላሸት ተጋላጭ ለሆነው የጉድለት መቆጣጠሪያ ቴክኖሎጂ። በኤፒታክሲያል እድገት ሂደት ወቅት ወደ ኤፒታክሲያል ንብርብር የሚዘልቁ የንዑስ ክፍል ጉድለቶች ዘዴ ጥናት፣ በንዑስ ክፍል እና በኤፒታክሲያል ንብርብር መካከል ባለው ግንኙነት ላይ ያሉ ጉድለቶችን የዝውውር እና የለውጥ ህጎች እና የጉድለቶች ኒውክሊየሽን ዘዴ በንዑስ ክፍል ጉድለቶች እና በኤፒታክሲያል መዋቅራዊ ጉድለቶች መካከል ያለውን ትስስር ለማብራራት መሠረት ናቸው፣ ይህም የንዑስ ክፍል ምርመራን እና የኤፒታክሲያል ሂደት ማመቻቸትን በብቃት ሊመራ ይችላል።

ጉድለቶች የየሲሊኮን ካርቦይድ ኤፒታክሲያል ንብርብሮችበዋናነት በሁለት ምድቦች የተከፈለ ነው፡ የክሪስታል ጉድለቶች እና የገጽታ ሞርፎሎጂ ጉድለቶች። የነጥብ ጉድለቶች፣ የዊንች መቆራረጥ፣ የማይክሮቱቡል ጉድለቶች፣ የጠርዝ መቆራረጥ፣ ወዘተ ጨምሮ የክሪስታል ጉድለቶች በአብዛኛው የሚመነጩት በSiC ንጣፎች ላይ ካሉ ጉድለቶች ሲሆን ወደ ኤፒታክሲያል ንብርብር ይሰራጫሉ። የገጽታ ሞርፎሎጂ ጉድለቶች በቀጥታ በማይክሮስኮፕ በመጠቀም በራቁ ዓይን ሊታዩ እና የተለመዱ የሞርፎሎጂ ባህሪያት አሏቸው። የገጽታ ሞርፎሎጂ ጉድለቶች በዋናነት የሚከተሉትን ያካትታሉ፡- ጭረት፣ የሶስት ማዕዘን ጉድለት፣ የካሮት ጉድለት፣ ውድቀት እና ቅንጣት፣ በስእል 4 ላይ እንደሚታየው። በኤፒታክሲያል ሂደት ወቅት፣ የውጭ ቅንጣቶች፣ የንጣፍ ጉድለቶች፣ የገጽታ ጉዳት እና የኤፒታክሲያል ሂደት መዛባት ሁሉም የአካባቢውን የደረጃ ፍሰት እድገት ሁነታ ላይ ተጽዕኖ ሊያሳድሩ ይችላሉ፣ ይህም የገጽታ ሞርፎሎጂ ጉድለቶችን ያስከትላል።

ሠንጠረዥ 1. በ SiC ኤፒታክሲያል ንብርብሮች ውስጥ የተለመዱ የማትሪክስ ጉድለቶች እና የወለል ሞርፎሎጂ ጉድለቶች እንዲፈጠሩ የሚያደርጉ ምክንያቶች

 

የነጥብ ጉድለቶች

የነጥብ ጉድለቶች የሚፈጠሩት በአንድ የጥልፍልፍ ነጥብ ወይም በበርካታ የጥልፍልፍ ነጥቦች ላይ ባሉ ክፍት ቦታዎች ወይም ክፍተቶች ሲሆን የቦታ ማራዘሚያ የላቸውም። የነጥብ ጉድለቶች በእያንዳንዱ የምርት ሂደት ውስጥ ሊከሰቱ ይችላሉ፣ በተለይም በአዮን ተከላ ውስጥ። ሆኖም ግን፣ ለመለየት አስቸጋሪ ናቸው፣ እና የነጥብ ጉድለቶችን መለወጥ እና ሌሎች ጉድለቶች መካከል ያለው ግንኙነትም በጣም ውስብስብ ነው።

 

ማይክሮፓይፖች (ሜፒ)

ማይክሮፓይፖች በእድገት ዘንግ ላይ የሚራቡ ባዶ የዊንች መቆራረጦች ሲሆኑ የበርገርስ ቬክተር <0001> ነው። የማይክሮቱቦች ዲያሜትር ከአንድ ማይክሮን ክፍልፋይ እስከ አስር ማይክሮኖች ይደርሳል። ማይክሮቱቦች በሲሲ ዋፈርስ ወለል ላይ ትላልቅ የፓይት መሰል ገጽታዎችን ያሳያሉ። በተለምዶ የማይክሮቱቦች ጥግግት ከ0.1~1ሴሜ-2 አካባቢ ሲሆን በንግድ ዋፈር ምርት ጥራት ክትትል ውስጥ መቀነሱን ቀጥሏል።

 

የዊንች መቆራረጥ (TSD) እና የጠርዝ መቆራረጥ (TED)

በሲሲ ውስጥ ያሉ መቆራረጦች የመሳሪያ መበላሸት እና ውድቀት ዋና ምንጭ ናቸው። ሁለቱም የዊንች መቆራረጦች (TSD) እና የጠርዝ መቆራረጦች (TED) በእድገት ዘንግ ላይ የሚሄዱ ሲሆን የበርገርስ ቬክተሮች በቅደም ተከተል <0001> እና 1/3<11–20> ናቸው።

ሁለቱም የዊንች መቆራረጥ (TSD) እና የጠርዝ መቆራረጥ (TED) ከንጣፉ ወደ ዋፈር ወለል ሊዘልቁ እና ትናንሽ ጉድጓድ የሚመስሉ የገጽታ ባህሪያትን ሊያመጡ ይችላሉ (ምስል 4ለ)። በተለምዶ የጠርዝ መቆራረጥ ጥግግት ከዊንች መቆራረጥ 10 እጥፍ ያህል ነው። የተራዘሙ የዊንች መቆራረጥ፣ ማለትም ከንጣፉ ወደ ኤፒሌየር የሚዘልቁ፣ ወደ ሌሎች ጉድለቶች ሊለወጡ እና በእድገት ዘንግ ላይ ሊዛመቱ ይችላሉ።ሲሲ ኤፒታክሲያልየእድገት፣ የዊንች መቆራረጥ ወደ ቁልል ጉድለቶች (SF) ወይም የካሮት ጉድለቶች ይቀየራሉ፣ በኤፒላይየሮች ውስጥ ያሉት የጠርዝ መቆራረጥ ደግሞ ከኤፒታክሲያል እድገት ወቅት ከንጥረ ነገር የተወረሱ ከመሠረታዊ ፕላን መቆራረጥ (BPDs) የተለወጡ መሆናቸውን ያሳያል።

 

መሰረታዊ የፕላን መቆራረጥ (BPD)

በSiC basal plane ላይ የሚገኝ ሲሆን 1/3 <11–20> የበርገርስ ቬክተር አለው። BPDs በSiC wafers ወለል ላይ እምብዛም አይታዩም። ብዙውን ጊዜ በ1500 ሴ.ሜ-2 ጥግግት ባለው substrate ላይ ያተኮሩ ሲሆኑ፣ በኤፒላይየር ውስጥ ያለው ጥግግት ደግሞ 10 ሴ.ሜ-2 ብቻ ነው። በፎቶሉሚኒሰንስ (PL) በመጠቀም BPDsን መለየት በምስል 4ሐ ላይ እንደሚታየው መስመራዊ ባህሪያትን ያሳያል።ሲሲ ኤፒታክሲያልየእድገት መጨመር፣ የተራዘሙ BPDዎች ወደ የቁልል ጉድለቶች (SF) ወይም የጠርዝ መቆራረጥ (TED) ሊለወጡ ይችላሉ።

 

የመደርደር ጉድለቶች (SFs)

በSiC basal plane የመደርደሪያ ቅደም ተከተል ላይ ያሉ ጉድለቶች። የመደርደሪያ ስህተቶች በኤፒታክሲያል ንብርብር ውስጥ SFዎችን በመውረስ ወይም ከመሠረታዊ ፕላን መሰናክሎች (BPDs) እና የክር ዊንጣ መሰናክሎች (TSDs) መስፋፋት እና ለውጥ ጋር ሊዛመዱ ይችላሉ። በአጠቃላይ የSFs ጥግግት ከ1 ሴ.ሜ-2 ያነሰ ሲሆን በምስል 4e ላይ እንደሚታየው PL ን በመጠቀም ሲገኙ የሶስት ማዕዘን ቅርጽ ያለው ባህሪ ያሳያሉ። ሆኖም ግን፣ በSiC ውስጥ እንደ Shockley type እና Frank type ያሉ የተለያዩ የመደርደሪያ ስህተቶች ሊፈጠሩ ይችላሉ፣ ምክንያቱም በፕላኖች መካከል ትንሽ የመደርደሪያ የኃይል መዛባት እንኳን በመደርደር ቅደም ተከተል ውስጥ ከፍተኛ የሆነ አለመጣጣም ሊያስከትል ይችላል።

 

ውድቀት

የውድቀት ጉድለቱ በዋናነት የሚመነጨው በእድገት ሂደት ወቅት በምላሽ ክፍሉ የላይኛው እና የጎን ግድግዳዎች ላይ ካለው የቅንጣት ጠብታ ሲሆን ይህም የምላሽ ክፍሉን የግራፋይት ፍጆታዎች ወቅታዊ የጥገና ሂደት በማመቻቸት ሊሻሻል ይችላል።

 

የሶስት ማዕዘን ጉድለት

በምስል 4ግ ላይ እንደሚታየው በመሠረታዊው የፕላን አቅጣጫ በኩል ወደ SiC ኤፒሌየር ወለል የሚዘልቅ 3C-SiC ፖሊታይፕ ማካተት ነው። በኤፒታክሲያል እድገት ወቅት በSiC ኤፒሌየር ወለል ላይ በሚወድቁ ቅንጣቶች ሊፈጠር ይችላል። ቅንጣቶቹ በኤፒሌየር ውስጥ የተካተቱ እና በእድገት ሂደት ውስጥ ጣልቃ የሚገቡ ሲሆኑ፣ ይህም 3C-SiC ፖሊታይፕ ማካተትን ያስከትላል፣ ይህም በሦስት ማዕዘኑ ክልል ጫፎች ላይ ከሚገኙት ቅንጣቶች ጋር ስለታም አንግል ያላቸው የሶስት ማዕዘን ወለል ባህሪያትን ያሳያል። ብዙ ጥናቶች የፖሊታይፕ ማካተት አመጣጥ ከወለል ጭረቶች፣ ማይክሮፓይፖች እና ከእድገት ሂደቱ ተገቢ ያልሆኑ መለኪያዎች ጋር እንደሆነም ተናግረዋል።

 

የካሮት ጉድለት

የካሮት ጉድለት በ TSD እና SF ቤዛል ክሪስታል ፕላኖች ላይ የሚገኙ ሁለት ጫፎች ያሉት የክምር ጉድለት ውስብስብ ሲሆን በፍራንክ አይነት መቆራረጥ የተቋረጠ ሲሆን የካሮት ጉድለት መጠን ከፕሪስማቲክ የክምር ስህተት ጋር የተያያዘ ነው። የእነዚህ ባህሪያት ጥምረት የካሮት ጉድለት የገጽታ ሞርፎሎጂን ይፈጥራል፣ ይህም ከ1 ሴ.ሜ-2 በታች የሆነ የካሮት ቅርጽ ጥግግት ያለው ይመስላል፣ በስእል 4f ላይ እንደሚታየው። የካሮት ጉድለቶች በቀላሉ የሚፈጠሩት በፖሊሽ ጭረቶች፣ TSDዎች ወይም የንጣፍ ጉድለቶች ላይ ነው።

 

ጭረቶች

ጭረቶች በምርት ሂደቱ ወቅት በተፈጠሩት የSiC ዋፈርዎች ወለል ላይ የሚደርሱ ሜካኒካዊ ጉዳቶች ናቸው፣ በምስል 4h ላይ እንደሚታየው። በSiC ንጣፎች ላይ የሚፈጠሩ ጭረቶች የኤፒላይየር እድገትን ሊያስተጓጉሉ፣ በኤፒላይየር ውስጥ ከፍተኛ ጥግግት ያላቸው መሰናክሎች ሊፈጠሩ ይችላሉ፣ ወይም ጭረቶች የካሮት ጉድለቶች እንዲፈጠሩ መሰረት ሊሆኑ ይችላሉ። ስለዚህ፣ የSiC ዋፈርዎችን በአግባቡ ማጽዳት አስፈላጊ ነው ምክንያቱም እነዚህ ጭረቶች በመሳሪያው ንቁ ቦታ ላይ ሲታዩ በመሳሪያው አፈጻጸም ላይ ከፍተኛ ተጽዕኖ ሊያሳድሩ ይችላሉ።

 

ሌሎች የወለል ሞርፎሎጂ ጉድለቶች

ደረጃ መቆንጠጥ በ SiC ኤፒታክሲያል የእድገት ሂደት ወቅት የሚፈጠር የወለል ጉድለት ሲሆን ይህም በ SiC ኤፒላየር ወለል ላይ ግርዶሽ ትሪያንግሎችን ወይም ትራፔዞይድል ባህሪያትን ይፈጥራል። እንደ የገጽታ ጉድጓዶች፣ እብጠቶች እና እድፍ ያሉ ሌሎች ብዙ የወለል ጉድለቶች አሉ። እነዚህ ጉድለቶች ብዙውን ጊዜ የሚከሰቱት ባልተመቻቹ የእድገት ሂደቶች እና ያልተሟላ የማጥራት ጉዳት በማስወገድ ሲሆን ይህም የመሣሪያውን አፈጻጸም አሉታዊ ተጽዕኖ ያሳድራል።