Les Dislocations sont un facteur important affectant la qualité et la performance des monocristaux 4H-SiC (carbure de silicium). La compréhension des types de luxations, de leurs causes et des méthodes de contrôle est cruciale pour améliorer la qualité des monocristaux 4H-SiC.

Types de luxations

Les types courants de dislocations dans le processus de croissance des monocristaux 4H-SiC comprennent les dislocations de vis, les dislocations de bord, les dislocations du plan basal (BPDs) et les défauts d’empilage.

1. Dislocations de vis:

Les dislocations de vis ont des lignes de dislocation parallèles à la direction de croissance du cristal. Ils se forment généralement aux premiers stades de croissance en raison d’un stress thermique ou d’un stress d’interface.

2. Luxations des bords:

Les dislocations des bords ont des lignes de dislocation perpendiculaires à la direction du glissement. Ils sont généralement causés par des conditions de croissance inégales ou un stress introduit par des impuretés.

3. Dislocations du plan Basal (BPDs):

Les BPD sont principalement parallèles au plan basal (0001) du cristal SiC. Ces dislocations ont une incidence importante sur les propriétés électriques des cristaux SiC, en particulier sur la tension de rupture des dispositifs d’alimentation.

4. Défauts d’empilage:

Les failles d’empilement se produisent en raison du désalignement des couches atomiques au cours du processus de croissance, apparaissant généralement sur le plan (0001) du cristal SiC, conduisant à des désalignements structurels locaux.

Causes des luxations

1. Gradient de température et contrainte thermique:

Une distribution inégale de la température pendant la croissance peut entraîner un stress thermique, entraînant la formation de dislocations. Par exemple, les zones à haute température peuvent causer une dilatation du matériau, tandis que les zones à basse température peuvent entraîner une contraction, créant des zones de concentration des contraintes.

2. Impuretés et défauts:

L’introduction d’atomes d’impureté perturba l’uniformité du cristal SiC, générant des contraintes locales qui induisent des dislocations.

3. Taux de croissance et Conditions:

Des taux de croissance excessifs ou des conditions de croissance instables augmentent la densité des défauts dans le cristal. Par exemple, un refroidissement rapide peut provoquer une contraction soudaine de la structure cristalline, formant des dislocations.

4. Qualité du substrat:

Les défauts et les inhomogénéités dans le matériau du substrat peuvent être transférés au monocristal SiC en croissance, conduisant à la formation de dislocations.

Méthodes de contrôle

Pour réduire les dislocations dans les monocristaux 4H-SiC, plusieurs méthodes de contrôle sont utilisées:

1. Optimisation des Conditions de croissance:

Le contrôle de la température de croissance et du gradient de température assure l’uniformité et la stabilité pendant le processus de croissance du cristal.

2. Utilisant des matériaux de haute pureté:

L’utilisation de matériaux de haute pureté Si et C minimise l’introduction d’impuretés.

3. Refroidissement lent:

L’adoption d’un taux de refroidissement lent et uniforme réduit la production de stress thermique.

4. Amélioration de la qualité du substrat:

L’utilisation de substrats à faible densité de défauts peut réduire considérablement la densité initiale de dislocation, améliorant ainsi la qualité du monocristal.

5. Techniques de contrôle des défauts:

Utiliser des techniques particulières de contrôle des défauts, comme le " vis dislocation conversion" La méthode dans le dépôt chimique de vapeur (CVD), peut effectivement réduire la densité de dislocation.

En résumé, la compréhension et le contrôle des types et des causes de dislocations pendant la croissance des monocristaux 4H-SiC, ainsi que la mise en œuvre de mesures de contrôle appropriées, peuvent améliorer considérablement la qualité des monocristaux 4H-SiC. Ceci, à son tour, améliore leur performance dans les dispositifs électroniques, soulignant l’importance de ces matériaux dans les applications électroniques à haute performance.

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