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离子注入和退火对非故意掺杂4H-SiC中本征缺陷影响的ESR研究

苏江  
【摘要】:SiC是近几年迅速崛起的宽禁带半导体材料之一,SiC材料具有很大的禁带宽度,很高的迁移率以及良好的热导率等特性,从而在高功率、高频率和耐高温器件等方面具有极其重要的发展前景;它既可用作器件的衬底,也可作为器件间的隔离,同时又可作为GaN材料的衬底材料。到目前为止,非故意掺杂4H-SiC外延材料的在国内的研究已经取得了显著的成就,但是对于4H-SiC材料中的本征缺陷还没有完整的测试方法;尤其对于深能级本征缺陷,不同样品的测试结果也有很大的差异,对本征缺陷深能级的起源尚未有定论。 本文采用电子顺磁共振法研究了LPCVD法制备的非故意掺杂4H-SiC外延材料的本征缺陷,其中样品的预处理工艺为离子注入后退火,注入的离子分别为Si~+离子和C~+离子。首先对离子注入工艺和离子注入理论进行了研究,利用蒙特卡罗(Monte Carlo)算法软件Trim95对C~+、Si~+离子注入4H-SiC的分布进行了模拟计算。设计采用60keV、90keV和130keV三次低能量C~+离子注入;100keV、150keV和200keV三次低能量Si~+离子注入,注入前采用厚度为100nm的SiO_2作为掩膜,消除非故意掺杂4H-SiC中深能级缺陷。在注入后的退火过程中,采用氢气作为保护。且1400℃时的退火时间为10min;1600℃时退火时间为10min、30min。并在此基础上研究了退火工艺参数对材料中本征缺陷影响。 在C~+离子注入后,通过1600℃、10min的退火处理可有效降低C~+离子注入样品中的缺陷浓度,且该退火条件下样品的ESR谱线宽达到最低,样品中本征缺陷种类较少且分布均匀。而Si~+离子注入后,1600℃、30min退火处理后,样品ESR谱的线宽和中心磁场位置均有所降低,结果表明4H-SiC样品中本征缺陷种类减少且碳空位的比例有所提高。通过本文的研究,证明LPCVD生长的4H-SiC材料中的本征缺陷与C空位和Si空位有密切关系,通过Si~+离子和C~+离子注入并进行退火处理,能够有效地影响缺陷种类和密度。


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