15R-SiC w kryształach 4H- i 6H-SiC otrzymywanych metodą transportu fizycznego z fazy gazowej

• Autorzy: Tymicki E. , Raczkiewicz M. , Racka K. , Grasza K. , Kościewicz K. , Diduszko R. , Mazur K. , Łukasiewicz T.

Warianty tytułu

EN

15R-SiC inclusions in 4H- and 6H-SiC crystals grown by the physical vapour transport method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zaprezentowano wyniki eksperymentów, mających na celu określenie warunków wzrostu kryształów 4H- oraz 6H-SiC wolnych od wtrąceń politypu 15R-SiC. Kryształy SiC otrzymane w procesie krystalizacji metodą transportu fizycznego z fazy gazowej (PVT) zostały zbadane przy użyciu metod badawczych takich jak: dyfrakcja rentgenowska (XRD), dyfrakcja elektronów wstecznie rozproszonych (EBSD), mikroskopia optyczna oraz trawienie chemiczne, pod kątem występowania wtrąceń politypu 15R w strukturach krystalicznych 4H- oraz 6H-SiC. Otrzymane wyniki badań zostały odniesione do parametrów wzrostu tj.: temperatury, ciśnienia, rodzaju materiału wsadowego, oraz jakości i orientacji monokrystalicznego zarodka SiC. Przeprowadzona została dyskusja na temat wpływu warunków wzrostu na powstawanie politypu 15R, z której jednoznacznie wynika, że tworzenie się wtrąceń politypowych 15R w strukturach 4H i 6H wiąże się ze znacznym spadkiem jakości strukturalnej otrzymanych kryształów. Z przeprowadzonych badań wynika, że otrzymanie jednorodnych kryształów politypu 6H i 4H bez wtrąceń 15R-SiC metodą PVT jest trudne ze względu na bardzo szeroki zakres warunków, w których polityp 15R występuje.

EN

In this paper the main problems which have to be resolved to obtain 4H- and 6H-SiC crystals free from 15R-SiC inclusions by the physical vapour transport method (PVT) are presented. The resultant SiC crystals have been investigated using various experimental methods such as X-ray diffraction (XRD), electron backscatter diffraction (EBSD), optical microscopy and KOH etching in order to check the quality of the crystal structure and the amount of the 15R-SiC inclusions. The obtained results have been analysed with reference to the following growth conditions: temperature, pressure, type of the SiC source material and the quality of the crystal seed. The investigations have showed that a serious deterioration of the structural quality is unavoidable when the 15R-SiC polytype occurs in hexagonal polytypes such as 4H- and 6H-SiC. Obtaining homogenious 4H-SiC and 6H-SiC crystals without any 15R-SiC inclusions by the PVT method is difficult due to there being a very wide range of conditions in which the 15R-SiC polytype appears.

Słowa kluczowe

PL

SiC; 15R-SiC; wtrącenie politypowe; metoda PVT

EN

SiC; 15R-SiC; polytype inclusion; PVT method

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
• Czasopismo: Materiały Elektroniczne
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 40, nr 3
• Strony: 17--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Tymicki E.

autor

Raczkiewicz M.

autor

Racka K.

autor

Grasza K.

autor

Kościewicz K.

autor

Diduszko R.

autor

Mazur K.

autor

Łukasiewicz T.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa,

Bibliografia

• [1]. Peters D., Schoerner R., Friedrichs P., Stephani D.: SiC power MOSFETs - status, trends and challenges, Mater. Sci. Forum, 2006, 527-529, 1255
• [2]. Malhan R. K., Takeuchi Y., Kataoka M., Mihaila A.-P., Rashid S. J., Udrea F., and Amaratunga G. A. J.: Normally - off trench JFET technology in 4H silicon carbide, Microelectron. Eng., 2006, 83, 107
• [3]. Edmond J., Kong H., Suvorov A., Waltz D., and Carter, Jr C. H.: 6H-silicon carbide light emitting diodes and UV photodiodes, Phys. Stat. Sol., (a), 1997, 162, 481
• [4]. Kedzierski J., Hsu P. L., Healey P., Wyatt P., Keast C., Sprinkle M., Berger C., de Heer W. A.: Epitaxial graphene transistors on SiC substrates, IEEE T. Electron Dev., 2008, 55, 2078
• [5]. Borysiuk J., Bożek R., Strupiński W., Baranowski J. M.: Graphene growth on C and Si-face of 4H-SiC – TEM and AFM studies, Mater. Sci. Forum, 2010, 645-648, 577
• [6]. Baumhauer H.: Über die Kristalle des Carborundums, Z. Kristallogr, 50, 1912, 33
• [7]. Verma A. R., Krishna P.: Polymorphism and polytypism in crystals, New York - London - Sydney, J. Wiley and Sons, 1966
• [8]. www.iue.tuwien.ac.at/phd/ayalew/img143.png
• [9]. Knippenberg W. F.: Growth phenomena in silicon carbide, Philips Res. Rept., 1963, 18, 161
• [10]. F rank F. C.: Capillary equilibria of dislocated crystals, Acta Crystallogr., 1951, 4, 497
• [11]. Świderski I.:Badania procesów krystalizacji węglika krzemu, Ośrodek Naukowo - Produkcyjny Materiałów Półprzewodnikowych, Warszawa, 1977
• [12]. F issel A.: Thermodynamic considerations of the epitaxial growth of SiC polytypes, J. Cryst. Growth, 2000, 212, 438
• [13]. Zhang Y., Chen H., Choi G., Raghothamachar B., Dudley M., Edgar J. H., Grasza K., Tymicki E., Zhang L., Su D., Zhu Y.: Nucleation mechanism of 6H-SiC polytype inclusions inside 15R-SiC crystals, J. Electron. Mater., 2010, 39, 799
• [14]. Heuell P., Kulakov M. A., Bullemar B.: Stepped morphology on 4H and 15R silicon carbide: modeling by a random walk, Surf. Sci., 1995, 331-333, 965
• [15]. Tairov Y. M., Tsvetkov V. F.: Investigation of growth processes of ingots of silicon carbide single crystals, J. Cryst. Growth, 1978, 43, 209
• [16]. Rost H. J., Doerschel J., Irmscher K., Rozberg M., Schulz D., Siche D.: Polytype stability in nitrogen - doped PVT grown 2" 4H-SiC crystals, J. Cryst. Growth, 2005, 275, 451
• [17]. Henry A., Leone S., Pedersen H., Kordina O., Janzén E.: Growth of 4H-SiC epitaxial layers on 4 ° off-axis Si-face substrates, Mater. Sci. Forum, 2009, 615-617, 81
• [18]. Leone S., Pedersen H., Henry A., Kordina O., Janzén E., Improved morphology for epitaxial growth on 4 ° off-axis 4H-SiC substrates, J. Cryst. Growth, 2009, 311, 3265
• [19]. Yeo I. G., Yang W. S., Park J. H., Ryu H. B., Lee W. J., Shin B. C., Nishino S.: Two-inch a-plane (11-20) 6H-SiC crystal grown by using the PVT method from a small rectangular substrate, J. Korean Phys. Soc., 2011, 58, 1541
• [20]. Kościewicz K., Strupiński W., Teklinska D., Mazur K., Tokarczyk M., Kowalski G., Olszyna A.R.: Epitaxial growth on 4H-SiC on - axis, 0.5 °, 1.25 °, 2 °, 4 °, 8 ° off - axis substrates - defects analysis and reduction, Mater. Sci. Forum, 2011, 679 - 680, 95
• [21]. Kościewicz K., Strupiński W., Wierzchowski W., Wieteska K., Olszyna A.R.: Polytypism study in SiC epilayers using electron backscatter diffraction, Mater. Sci. Forum, 2010, 645-648, 251
• [22]. Tymicki E., Grasza K., Diduszko R., Bożek R., Gała M.: Initial stages of SiC crystal growth by PVT method, Cryst. Res. Technol., 2007, 42, 1232