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4H-Sic hè statu cummercializatu cum'è materiale per i dispositivi semiconductori di u putere. Tuttavia, l'à l'ala di a affidabilità di i dispari in 4h-sicanu à a so larga dumanda, è u prublema più piacevule affidabile di i dispositivi in affidazione di 4h-b bipolari. Questa degradazione hè causata da una sola foto di stacking shockley (1ssf) di dislocazioni basali in l'aviò in i cristalli di 4h-sic. Quì, pruponu un metudu per a suppressendu espansione di u 1sf per i caccia di epitaxiali di 4h-sic. Pin pata di fabbricati nantu à i casali cù implantazione di protone hà dimustratu a stessa caratteristiche attuale cum'è u dioditu senza prutone implantazione. In cuntrastu, l'espansione di u 1ssf hè efficace suprimitu in u doodo di u PIN Implantatu. Cusì, l'implantazione di e caccia Epitaxiali hè un metudu epitaxiali hè un metudu efficace per suppressione di degrazione bipolare di i dumande di semicondi d'acqua di 4h-siconda. Stu risultatu cuntribuisce à u sviluppu di i dispositi altamente affidabili.
Silicon carbide (sic, sia sustintu largamente cum'è materiale di semicondtu per i dispari semicondietti d'altitudine chì ponu opere in ambienti di i ferrovi. Ci sò parechji pers poliettie, Trà quale 4h-sicuratore semiconduttivu DI DESESSISIMENiche sempietica semicondità cum'è elevron mobilità è forte breakedown electroct elettricu. I cecarelli 4h-sicili cù un diametru di 6 pollici sò attualmente cummircializzate è usato per a produzzione di massiva di dumande semiconduttorii di u putere. Sistemi di Tracia per i veiculi elettrici è i treni sò stati fabbricati cù i dispositivi di u putere putenza. Tuttavia, i disposizioni 4H-sicili i produtti di affidabili à pocu diurecttrali o di a roccia dielette o breve circuzione probuscule prussa hè bipolare degradazione2.8,9,10,10. Questa degradazione bipolare hè stata scopa più di 20 anni fa è hè statu un prublema in postazione di u tissu di u dispusitivu.
A degradazione bipolare hè causata da un unicu difettu di pila di Shockley in 4h-Sic l'avucazione di u pianu (BPD) per a riabilitazione di a ricumandata Dunque, se a scupransione BPD hè soppressa à 1 sf, 1h-sic fettacativu senza degradazione bipolariu senza bipolare. Ci sò stati rappurtati parechji metudi per suprimentà a propagamentu perpiru, cum'è BPD per fà a trasfurmazione di u filu di fila di volta (21.22.23,24. In l'ultime wefter e strade in bpd hè principalmente presente principalmente in u sustrate è micca in a capa epitaxial di a stadiu iniziale di a tende epitaXial. Dunque, u prublema restante di a degraficazione Bipolar hè a distribuzione di BPD in u sustrate 25/5.27. L'inserimentu di a "Concosente rinforce a capa di a driva è u sustrativu hè statu prupostu cum'è un metudu effettu per suppressione a recominazione di a produzione di BUPD di a cima di l'elettronica in a capa d'elettronica. Reduce u numeru di e coppie di e bucce di l'elettroni reduce a forza di rossu à BPD in u sustrate, cusì a capa di rinfurzamentu composta pò suppressione di degradazione bipolare. Ci hè deve esse nutatu chì l'inserimentu di un streter inutilizazione ad addorretica, è senza l'inserimentu di un numeru di borte elettronica solu u cuntrollu di u Tronzu Lifetime. Dunque, ci hè sempre una forte necessità di i metudi di suppressione per ottene un megliu equilibriu trà u costu di u dispusitivu è u rende.
Perchè l'estensione di u bpd à 1ssf necessita muvimentu di dislocazioni parziali (pds), pinnendu u PD hè un approcciu promettente per inibisce a degradazione di bipolare. Eppuru pd pinning per impurità metalliche sò stati riuniti, FPDs in i sustrati 4h-in sò situati à una distanza di più di 5 μm da a superficie di a strata epitaxale. Inoltre, postu chì a coefficiente di diffusione di qualsiasi metallu in sic assai peticu, hè difficiule per l'impurità metalliche à a sustrata34. A causa di a massa atomatica relativamente grande di metalli, ioni implantazioni di metalli hè ancu difficiule. In u cuntrastu, in u casu di idrogenu, l'elementu più longu, i cosi (protoni) si ponu implantati in 4h-sic à una prufundità di più di 10 μm-class acceleratore. Dunque, se u malstante di protonista afecta pd pinnia, si pò esse adupratu per a suppressione di a propagazione BPD in u sustrate. Tuttavia, l'implantazione protonista pò dannu 4H-sic è risultatu in u dispusitivu ridutta37,38,409.40.
Per superà a degradazione di u dispositivu per via di implantamentu di proton è acustenzione à alta temperale, simili à u metudu di l'ion di l'accessu vicinu à a FD ùn hè micca abbastanza per detectà u FD pinning di u pro cù sims. Dunque, in stu studiu, ancacciava protetti epiccaxiori in 4h-sicil wafers prima di u prucessu di fabbricamentu fabbricamentu di u dispusitivu, cumpresu tomating alta temperatura. Avemu Usatu Pin Doodes cum'è strutture sperimentali è fabricatevanu nantu à e waffers epitaxiali implantati in 4H-sic. Dunque, avemu osservatu e caratteristiche di volt-ampere per studià a degradazione di u rendimentu di u dispositivu per causa di l'iniezione di protoni. In seguitu, avemu osservatu l'espansione di 1ssf in Elettroluminescence (EL) imagine dopu à applicà una tensione elettrica à u pinu. Finalmente, avemu cunfirmatu l'effettu di l'iniezione di protonazione nantu à a suppressione di a spesezza di u 1sf.
Nantu à a Fig. Figura 1 mostra a caratteristica attuale-tensione (Cvcs) di pinnu di a temperatura di l'ambienti in regione cù è senza implantazione di protoni prima di pulsata. PIN Doodes cù l'inezzione di rettificazione di protonu simili à u diodiu senza iniezione di protoni, ancu s'è e caratteristiche IV sò sparte trà i diodichi. Per indicà a diffarenza trà e cundizioni iniezione, affettatu a frequenza di a tensione in una densità attuale di 2,5 a / cm2 (curva in a figura 2. A curva apprussimatamente da una linea nurmale. linea. Comema pò esse vistu da i cimi di e curbe, A più aumentanu on-presentanu ligeramente di u 1014 è u 1016 cm quasi quasi quasi quasi quasi e stesse caratteristiche cum'è senza implantazione di proton cum'è senza prutezione Avemu realizatu implantazioni di protonta dopu a fabricazione di pacroluminazione di pinsione per l'elettroluminazione per i danni causati da l'implantazione di u protonu cum'è mostra in a figura S1 cum'è descrittu in studii precedenti37,38.9. Per quessa, hà invettà à u 1600 ° C dopu à l'implantazione di l'alliani è riparà i implantazione necessata, chì face i cvcanti è micca implante. A frequenza attuale inversu à -5 v hè ancu presentata in a figura S2, ùn ci hè micca differenza significativa trà i diodici cù e senza protoni iniezione.
Caratteristiche di Volt-Ampere di PIN di doodes cù è senza protoni inghjettati à a temperatura ambienti. A legenda indica a dosa di protoni.
A frequenza di tensione à u corrente direttu 2.5 A / cm2 per ponti di ponti cù protoni injected è micca injected. A linea puntata currisponde à a distribuzione normale.
Nantu à a Fig. 3 mostra una maghjina di un diodo pin cù una densità attuale di 25 A / cm2 dopu a tensione. Prima di applicà a carica attuale pulita, e regioni scuri di u diode ùn sò micca stati osservati, cum'è mostratu in Figura 3. C2. Tuttavia, cum'è mostra in Fig. 3a, in un purmatu di pimo senza implantazione di prutone, parechje regioni strisce scuri cù borde di luce sò stati osservati dopu avè applicatu una tentura elettrica. E rigioni scuri in forma di Rods sò osservati in El images per a 1sf si stendenu da u BPD in u sustrato28.29. Invece, certi difetti di stacking allargati sò stati osservati in ponti di ponti cù protoni implantati, cum'è mostratu in Fig. 3b-d. Utilizendu topografia x cunnettemu a presenza di fers chì ponu mova da u BPD per u substruttura senza catturà l'inieccura (Fig) senza chjappà. I ponti di carricatu sò mustrati in figuri 1 è 2. I video s3-S3-STENU STENU CARTE DI PINTRE SENZA POTONU DI PINTENU
El images di Pin DooTes à 25 A / cm2 dopu 2 ore di stress elettricu è cun dosi implantati di (b) 1012 cm-2 è (d) 1016 cm-2 protoni.
Avemu calculatu a densità di l'1sf allargata à calculà i bordi scuri cù i bordi luminosi per ogni cundizione, cum'è mostratu di u 1012 cm-2, a densità di u dicu di u PIN micca implicatu.
Densità aumentata di i ponti di SF PIN cù è senza implantazione di protonta dopu a carica cù un currente di pulsatu (ogni statu inclusu trè cazzi carichi).
A scurciazione di u traspurtadore afecta ancu a suppressione di espansione, è l'iniezione di protoni reduce u traspurtadore vita32,36. Avemu osservatu a vita di u trasportatore in una capa epitaxiale 60 μm cù protoni injected di 1014 cm-2. Da u traspurtadore iniziale, ancu chì l'implante reduce u valore à ~ 10%, successi di l'annunziazione à ~ 50%, cum'è mostra in a Fig. S7. Dunque, u disultà a vita, ridotta a causa di implantazione di protontri, hè restituita da alta temperatura. Ancu se una riduzzione di u 30% in a vita di Carrier cumpone ancu a propagazione di i coletti parrucchieri, in e caratteristiche tipicamente dipendente da e so differenze injected è micca implante. Dunque, criemu chì l'ancora pd ghjoca un rolu in l'espansione inibizione di 1ssf.
Ancu sì SIM ùn anu micca redditu idrogenu dopu avè attivu à 1600 ° C, cum'è hà dichjaratu l'effettu di a suppressione di a simulazioni di a sims (2 × 1016 cm-3) o i difetti di u puntu chì induttata da e sucide indicanti implantazione. Ci hè dumandatu chì ùn avemu micca cunfirmatu un aumentu di a resistenza in u statu per via di l'alloghju di u 1sf dopu una carica attuale di surge. Questu pò esse dovutu à imperfetti cuntatti oemici fatti cù u nostru prucessu, chì sarà eliminata in l'alimanu vicinu.
In cunclusione, avemu sviluppatu un metudu di quarcu per estendere à l'abbandunamentu BPD à 1sf in pinnu di 4h-sic. aduprendu proton implantazione prima di u trasportu. A deteriorazione di a I-V Informazione durante l'Implantazione Proton è insignificante, in particulare in una dosa di u prutone di 1012 cm-2, ma l'effettu di supprime l'espansione hè significativu. Ancu se in stu studiu Avemu fabbricatu 10 μm dendo dioddi cù implantazione di protonalità di 10 μm, hè sempri pussibule di più ottimizza e cundizioni di fabbricazione di altri Costi supplementarii per a fabricazione di u Dispositivu durante esse cunsideratu subplantazione, ma sò simili à quelli chì sò à l'implantazione di l'aluminiu, chì hè u declante di fabbricazione principale per 4H-sic fribly e rivinuzioni di fabricazione per i processizione di fabrica in 4ª II. Cusì, u primu implantazione Prima di a trasfurmazioni potenziali hè un metudu putenziale per u trasportu di l'avertità di l'attenzione à 4H-sicilianu à 4H-sic.
Un cattivu 4h-inch 4h-prick cù un spessore di epossiale di 10 μm è una cuncentrazione di donatore di donatore di 1 × 1016 cm-3 hè stata aduprata cum'è una mostra. Prima di trasfurmà u dispusitivu, h + ioni sò stati implantati in u platu cù una energia d'accelerazione di 0,95 mev à a temperatura ambienti à una prufundità di u locu nurmale. Durante a protulteria di protonica, una maschera in un platu hè statu usatu, è u platu era stata sezzioni senza è cù una dosa prutno di 1012, 1019, o 1016 cm-2. Dopu, al Ioni cù dosi di protoniu di u 1020 è u 1017 CS cm - 3 sò stati implantati per una guida di 0-0.2.5 μm da a superficia, seguita da un capitulu di u carbone. -Tepe. In seguitu, un latu di u latu di u sustratu di u latu di u sustrato, mentre chì a 20 mm ùn hà micca in forma di TI / AL First Runtrum hà furmatu da fotolitografia è un prucessu di puchja. Infine, cuntattu indescelt hè realizatu in una tempercia di u 700 ° C. Dopu avè tagliatu a wafer in patatine, avemu realizatu a caratterizazione è l'applicazione.
Caratteristiche I I I-V di u Donu di Pins Fabburati sò stati osservati à l'età di Parànista di Parànista di Semicondumbalitor Hpiconniu. Cum'è un stress elettricu, un currente di 10 millisecond di 212,5 A / CM2 hè statu introduttu per 2 ore in una frequenza di 10 pulifici / sec. Quandu avemu sceltu una densità attuale o frequenza, ùn avemu micca osservatu l'espansione di 1sf di 1sf ancu in un diodo di PIN senza protoni iniezione. Durante u tensione elettrica applicata, a temperatura di u Diodiu Pin hè intornu à 70 ° C senza calore, cum'è mostratu in a Figura S8. I maghjini elettroluminizent sò stati ottenuti prima è dopu u stress elettricu in una densità attuale di 25 A / cm2. SynCrotron Riflessione di Ray Topografia di Ray cun un fasciu X-Ray MONOCHROMATICA ).
A frequenza di a tensione à una densità attuale di a più bassa di 2,5 A / CM2 hè estratti cun un intervallu di 0,5 v in Fig. 2 Sicondu u cvc di ogni statu di u dicu di u pinu. Da u valore mediu di u stress Vave è a deviazione standard σ di u stress, avemu plot una curvata di distribuzione normale in forma di linea di punta in a figura 2 aduprendu l'equazione à a seguita.
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Tempu post: Nov-06-2022
