सिलिकन कार्बाइड आयन इम्प्लान्टेशन र एनिलिङ प्रक्रियाको परिचय

सिलिकन कार्बाइड पावर यन्त्रहरूको डोपिङ प्रक्रियाहरूमा, सामान्यतया प्रयोग हुने डोपेन्टहरूमा एन-टाइप डोपिङका लागि नाइट्रोजन र फस्फोरस, र पी-टाइप डोपिङका लागि एल्युमिनियम र बोरोन समावेश हुन्छन्, तिनीहरूको आयनीकरण ऊर्जा र घुलनशीलता सीमा तालिका 1 मा प्रस्तुत गरिएको छ (नोट: हेक्सागोनल (h ) र घन (के))।

▲तालिका 1. SiC मा प्रमुख डोपान्टहरूको आयनीकरण ऊर्जा र घुलनशीलता सीमाहरू

चित्र १ ले SiC र Si मा प्रमुख डोपेन्टहरूको तापमान-निर्भर प्रसार गुणांकहरू चित्रण गर्दछ। सिलिकनमा भएका डोपन्टहरूले उच्च प्रसार गुणांकहरू प्रदर्शन गर्छन्, जसले उच्च-तापमान फैलावट डोपिङको लागि 1300 डिग्री सेल्सियसको वरिपरि अनुमति दिन्छ। यसको विपरित, सिलिकन कार्बाइडमा फस्फोरस, एल्युमिनियम, बोरोन र नाइट्रोजनको प्रसार गुणांकहरू उल्लेखनीय रूपमा कम छन्, उचित प्रसार दरहरूको लागि 2000 डिग्री सेल्सियस भन्दा माथिको तापमान आवश्यक छ। उच्च-तापमान फैलावटले बिभिन्न मुद्दाहरू परिचय गराउँछ, जस्तै बहुप्रसार दोषहरू बिजुलीको प्रदर्शन घटाउने र मास्कको रूपमा साझा फोटोरेसिस्टहरूको असंगतता, सिलिकन कार्बाइड डोपिङको लागि आयन इम्प्लान्टेशन एकमात्र विकल्प बनाउँछ।

▲चित्र 1. SiC र Si मा प्रमुख डोपान्टहरूको तुलनात्मक प्रसार स्थिरता

आयन प्रत्यारोपणको क्रममा, आयनहरूले सब्सट्रेटको जाली परमाणुहरूसँग टक्कर गरेर ऊर्जा गुमाउँछन्, यी परमाणुहरूमा ऊर्जा हस्तान्तरण गर्दछ। यो स्थानान्तरण गरिएको ऊर्जाले परमाणुहरूलाई तिनीहरूको जाली बाइन्डिङ ऊर्जाबाट रिलिज गर्छ, तिनीहरूलाई सब्सट्रेट भित्र जान र अन्य जाली परमाणुहरूसँग टकराउन अनुमति दिन्छ, तिनीहरूलाई विस्थापित गर्दछ। यो प्रक्रिया जारी रहन्छ जबसम्म कुनै पनि मुक्त परमाणुहरूमा जालीबाट अरूलाई मुक्त गर्न पर्याप्त ऊर्जा हुँदैन।

आयनहरूको ठूलो मात्रामा समावेश भएको कारणले गर्दा, आयन प्रत्यारोपणले सब्सट्रेट सतह नजिकै व्यापक जाली क्षति निम्त्याउँछ, जसमा इम्प्लान्टेशन प्यारामिटरहरू जस्तै खुराक र ऊर्जासँग सम्बन्धित क्षतिको मात्रा। अत्यधिक खुराकहरूले सब्सट्रेट सतह नजिकको क्रिस्टल संरचनालाई नष्ट गर्न सक्छ, यसलाई आकारहीन बनाउँछ। यो जाली क्षतिलाई एकल-क्रिस्टल संरचनामा मर्मत गरिनु पर्छ र एनिलिङ प्रक्रियाको क्रममा डोपन्टहरू सक्रिय गर्नुपर्छ।

उच्च-तापमान एनेलिङले परमाणुहरूलाई तापबाट ऊर्जा प्राप्त गर्न अनुमति दिन्छ, द्रुत थर्मल गतिमा गुजरिरहेको छ। एकचोटि तिनीहरू एकल-क्रिस्टल जाली भित्र सबैभन्दा कम नि: शुल्क ऊर्जाको साथ स्थानहरूमा सर्छन्, तिनीहरू त्यहाँ बस्छन्। यसरी, क्षतिग्रस्त अमोर्फस सिलिकन कार्बाइड र सब्सट्रेट इन्टरफेस नजिकैको डोपान्ट परमाणुहरूले जालीको स्थितिमा फिट गरेर र जाली ऊर्जाद्वारा बाँधिएर एकल-क्रिस्टल संरचनालाई पुनर्निर्माण गर्दछ। यो एक साथ जाली मर्मत र डोपन्ट सक्रियता एनिलिङको समयमा हुन्छ।

अनुसन्धानले SiC र annealing तापमान (चित्र 2a) मा dopants को सक्रियता दर बीचको सम्बन्ध रिपोर्ट गरेको छ। यस सन्दर्भमा, एपिटेक्सियल तह र सब्सट्रेट दुवै n-प्रकारका छन्, नाइट्रोजन र फस्फोरसलाई ०.४μm गहिराइमा प्रत्यारोपण गरिएको छ र कुल मात्रा १×१०^१४ सेमी^-२ छ। चित्र 2a मा देखाइए अनुसार, नाइट्रोजनले 1400 डिग्री सेल्सियसमा एनिलिङ गरेपछि 10% भन्दा कम सक्रियता दर प्रदर्शन गर्दछ, 1600 डिग्री सेल्सियसमा 90% पुग्छ। फस्फोरसको व्यवहार समान छ, 90% सक्रियता दरको लागि 1600 डिग्री सेल्सियसको एनेलिङ तापमान चाहिन्छ।

▲चित्र 2a। SiC मा विभिन्न एनेलिंग तापमानहरूमा विभिन्न तत्वहरूको सक्रियता दरहरू

पी-टाइप आयन इम्प्लान्टेशन प्रक्रियाहरूको लागि, एल्युमिनियम सामान्यतया बोरोनको असामान्य प्रसार प्रभावको कारण डोपन्टको रूपमा प्रयोग गरिन्छ। एन-टाइप इम्प्लान्टेशन जस्तै, 1600 डिग्री सेल्सियसमा एनिलिङले एल्युमिनियमको सक्रियता दरलाई उल्लेखनीय रूपमा बढाउँछ। यद्यपि, Negoro et al द्वारा अनुसन्धान। 500°C मा पनि, पाना प्रतिरोध उच्च-खुराक एल्युमिनियम प्रत्यारोपण संग 3000Ω/वर्ग मा संतृप्तिमा पुग्यो, र थप खुराक वृद्धि ले प्रतिरोध कम गर्दैन, संकेत गर्दछ कि एल्युमिनियम अब ionizes छैन। तसर्थ, आयन इम्प्लान्टेशन प्रयोग गरेर भारी डोप गरिएको पी-प्रकार क्षेत्रहरू सिर्जना गर्न प्राविधिक चुनौती बनेको छ।

▲चित्र 2b। सक्रियता दरहरू र SiC मा विभिन्न तत्वहरूको खुराक बीचको सम्बन्ध

डोपेन्टको गहिराइ र एकाग्रता आयन इम्प्लान्टेशनमा महत्वपूर्ण कारकहरू हुन्, जसले यन्त्रको पछिल्लो विद्युतीय कार्यसम्पादनलाई प्रत्यक्ष रूपमा असर गर्छ र कडाइका साथ नियन्त्रण गर्नुपर्छ। सेकेन्डरी आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री (SIMS) लाई इम्प्लान्टेशन पछि डोपेन्टको गहिराई र एकाग्रता मापन गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ।**