Structural investigation of silicon carbide with micro-Raman spectroscopy

• Autorzy: Borowicz P. , Gutt T. , Małachowski T. , Łatek M.

Warianty tytułu

PL

Badania strukturalne węglika krzemu za pomocą spektroskopii mikro-ramanowskiej

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Węglik krzemu (SiC) jest półprzewodnikiem o szerokiej przerwie energetycznej bardzo obiecującym jako materiał do wytwarzania tranzystorów wysokiej częstości i mocy. Najważniejsze zalety materiału to dobra przewodność cieplna oraz wysokie, krytyczne pole elektryczne. Powierzchniowe utlenianie SiC prowadzi do utworzenia dielektrycznej warstwy SiO2 na podłożu z węglika krzemu. Niestety, materiał ma również istotne wady. Najważniejsza z nich, z punktu widzenia zastosowania w podzespołach elektronicznych, to redukcja mobilności nośników ładunku elektrycznego przez położone w sąsiedztwie interfejsu pułapki (NIT's). Spektroskopia ramanowska jest techniką eksperymentalną umożliwiającą badanie struktury materiału bez konieczności destrukcji próbki. Widma rozpraszania Ramana zależą badanego politypu węglika krzemu, wielkości mikrokryształów oraz wtrąceń takich jak np. struktury węglowe. Celem pracy było zbadanie różnych politypów węglika krzemu (4H oraz 3C) za pomocą jedno- i dwu-fononowych widm rozpraszania Ramana. Uwaga została skupiona na tym zakresie przesunięcia Ramana, gdzie zawarte są informacje na temat struktur węglowych, które mogą być odpowiedzialne za tworzenie pułapek położonych w sąsiedztwie interfejsu SiC / SiO2. Dane dotyczące struktury mogą być skorelowane z własnościami elektrycznymi badanych próbek.

EN

Silicon carbide (SiC) is a suitable wide band gap semiconductor for high power and frequency electronic devices. The most important advantages of the material are good thermal conductivity and high critical electric field. Surface oxidation of SiC wafers results in forming of native SiO2 layer on the surface of the substrate. However, the material has significant drawbacks. The most important one for the application in electronic devices is the reduction of the carrier mobility by near interface traps (NIT's). Raman spectroscopy is the experimental technique that can give information about the structure of the material without destruction of the sample. The Raman spectra depend on the investigated polytype the size of the microcrystals and the “impurities” such as carbon structures in the sample. The aim of this work was to investigate different polytypes of SiC (4H and 3C) with one-phonon and two-phonon Raman spectra. The attention was focused on this part of the range of the Raman Shift which contains the information about carbon related species that may be responsible for forming the traps. The structural data obtained from Raman spectra can be correlated with the electrical properties of the investigated structures.

Słowa kluczowe

PL

spektroskopia ramanowska; węglik krzemu; pułapki w sąsiedztwie interfejsu

EN

Raman spectroscopy; silicon carbide; near interface traps

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 86, nr 11a
• Strony: 123--128
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Borowicz P.

autor

Gutt T.

autor

Małachowski T.

autor

Łatek M.

• Institute of Electron Technology Al. Lotników 32/46, 02-668 Warsaw, Poland,

Bibliografia

• [1]. E. Pippel, J. Woltensdorf, H. Ö. Ólafsson and. E. Ö. Sveinbjörg, Interfaces between 4H-SiC and SiO2: Microstructure, nanochemistry, and near-interface traps, Jour. Appl. Phys. 97 (2005) 034302
• [2]. K. C. Chang, N. T. Nuhfer, L. M. Porter and Q. Wahab, High-carbon concentrations at the silicon dioxide– silicon carbide interface identified by electron energy loss spectroscopy, Appl. Phys. Lett. 77 (2000) 2186-2188
• [3]. W. Lu, L. C. Feldman, Y. Song, S. Dhar, W. E. Collins, W. C. Mitchel and J. R. Williams, Graphitic features on SiC surface following oxidation and etching using surface enhanced Raman spectroscopy, Appl. Phys. Lett. 85 (2004) 3495-3497
• [4]. Y. Sasaki Y. Nishina, M. Sato and K. Okamura, Raman study of SiC fibres made from polycarbosilane, Jour. Material Science 22 (1978) 443-448
• [5]. A. Gavrikov, A. Knizhnik, A. Safonov, A. Scherbinin, A. Bagatur'yans, B. Potapkin, A.Chatterjee and K. Matocha, First-principles-based investigation of kinetic mechanism of SiC (0001) dry oxidation including defect generation and passivation, Jour. Appl. Phys, 104 (2008) 033508
• [6]. V.V. Afanas’ev, F. Ciobanu, S. Dimitrijev, G. Pensl, A. Stesmans, SiC/SiO2 Interface States: Properties and Models, Mat. Sci. Forum, 483-485 (2005) 563-568
• [7]. D. W. Feldman, J. H. Parker, Jr., W. J. Choyke and L. Patrick, Phonon Dispersion Curves by Raman Scattering in SiC, Polytypes 3C, 4H, 6H, 15R and 21R, Phys. Rev. 173 (1968) 787-793
• [8]. M. Janowska-Matusik, A. Kassiba, J. Bouclé, J.F. Bardeau, S. Kodjikian and A. Désert, Vibrational density of states in silicon carbide nanoparticles: experiments and numerical simulations, Jour. Phys.: Cond. Matter 17 (2005) 5101-5110
• [9]. A. Kassiba, M. Makowska-Janusik, J. Bouclé, J. Bardeau, A. Bulou and N. HerlinBoime, Photoluminescence features on the Raman spectra of quasistoichiometric SiC nanoparticles: Experimental and numerical simulations, Phys. Rev. B 66 (2002) 155317
• [10]. J. C. Burton, L. Sun, F. H. Long, Z. C. Feng and I. T. Ferguson, First- and second-order Raman scattering from semi-insulating 4H-SiC, Phys. Rev. B 59 (1999) 7282- 7284
• [11]. W. Windl, K. Karch, P. Pavone, O. Schütt, D. Strauch, W. H. Weber, K. C. Hass and L. Rimai, Second-order Raman spectra of SiC: Experimental and theoretical results from abinitio phonon calculations, Phys. Rev. B 49 (1994) 8764-8767
• [12]. C. Feng A. J. Mascarenhas, W. J. Choyke and J. A. Powell, Raman scattering studies of chemical-vapordeposited cubic SiC film of (100) Si, J . Appl. Phys. 64 (1988) 3176-3186
• [13]. http://refractiveindex.info/index.php?group=CRYSTALS&mate rial=SiC&option=sopra&wavelength=0.2450
• [14]. J. Robertson E. P. O’Reilly, Electronic and atomic structure of amorphous carbon, Phys. Rev. B 35 (1987) 2946
• [15]. A. C. Ferrari and J. Robertson, Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon, Phys. Rev. B. 61 (2000) 14095
• [16]. R. O. Dillon, J. A. Woolam and V. Katkanant, Use of Raman scattering to investigate disorder and crystalline formation in as-deposited ans annealed carbon film, Phys. Rev. B 29 (1984)