Silicon Carbide Ion Implantation and Annealing Process ကို မိတ်ဆက်ခြင်း။

ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ပါဝါသုံးပစ္စည်းများ၏ doping လုပ်ငန်းစဉ်များတွင်၊ အသုံးများသော dopants များတွင် N-type doping အတွက် နိုက်ထရိုဂျင်နှင့် ဖော့စဖရပ်စ်၊ p-type doping အတွက် အလူမီနီယမ်နှင့် ဘိုရွန်၊ ၎င်းတို့၏ ionization စွမ်းအင်နှင့် ပျော်ဝင်နိုင်မှု ကန့်သတ်ချက်များကို ဇယား 1 တွင်ဖော်ပြထားသည် (မှတ်ချက်- ဆဋ္ဌဂံ (ဇ ) နှင့် ကုဗ (ဋ))။

▲ဇယား 1. SiC ရှိ Major Dopants များ၏ Ionization စွမ်းအင်နှင့် ပျော်ဝင်နိုင်မှု ကန့်သတ်ချက်များ

ပုံ 1 သည် SiC နှင့် Si ရှိ အဓိက dopants များ၏ အပူချိန်-မှီခိုသော ပျံ့နှံ့မှုကိန်းများကို ဖော်ပြသည်။ ဆီလီကွန်ရှိ အစွန်းအထင်းများသည် ပိုမိုမြင့်မားသော ပျံ့နှံ့မှုကိန်းဂဏန်းများကို ပြသနိုင်ပြီး အပူချိန်မြင့်မားသော ပျံ့နှံ့မှုကို 1300 ဒီဂရီစင်တီဂရိတ်တွင် ပြုလုပ်နိုင်သည်။ ဆန့်ကျင်ဘက်အနေနှင့်၊ ဆီလီကွန်ကာဗိုက်တွင်ရှိသော ဖော့စဖရပ်၊ အလူမီနီယမ်၊ ဘိုရွန်နှင့် နိုက်ထရိုဂျင်တို့၏ ပျံ့နှံ့မှုကိန်းဂဏန်းများသည် သိသိသာသာနိမ့်ကျကာ သင့်လျော်သောပျံ့နှံ့မှုနှုန်းအတွက် အပူချိန် 2000°C အထက်တွင် လိုအပ်သည်။ အပူချိန်မြင့်မားစွာပျံ့နှံ့ခြင်းသည် လျှပ်စစ်စွမ်းဆောင်ရည်ကိုကျဆင်းစေသော အမျိုးမျိုးသောပျံ့နှံ့မှုဆိုင်ရာချို့ယွင်းချက်များနှင့် မျက်နှာဖုံးများအဖြစ် တူညီသော photoresists များ၏သဟဇာတမဖြစ်မှု၊ အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းခြင်းကို ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ဆေးဆိုးခြင်းအတွက် တစ်ဦးတည်းရွေးချယ်မှုအဖြစ် အမျိုးမျိုးသောပြဿနာများကိုမိတ်ဆက်ပေးသည်။

▲ ပုံ ၁။ SiC နှင့် Si ရှိ Major Dopants များ၏ နှိုင်းယှဉ်ပျံ့နှံ့မှု ကိန်းသေများ

အိုင်းယွန်း စိုက်သွင်းစဉ်အတွင်း၊ အိုင်းယွန်းများသည် အလွှာ၏ ရာဇမတ်အက်တမ်များနှင့် တိုက်မိခြင်းကြောင့် စွမ်းအင်ဆုံးရှုံးပြီး ဤအက်တမ်များသို့ စွမ်းအင်လွှဲပြောင်းပေးသည်။ ဤရွေ့ပြောင်းစွမ်းအင်သည် အက်တမ်များကို ၎င်းတို့၏ ရာဇမတ်ကွက်မှ ပေါင်းစပ်ထားသော စွမ်းအင်မှ ထုတ်လွှတ်ပြီး ၎င်းတို့အား အလွှာအတွင်း ရွေ့လျားစေပြီး အခြားသော ရာဇမတ်အက်တမ်များနှင့် တိုက်မိကာ ၎င်းတို့ကို ဖယ်ထုတ်စေသည်။ ဤလုပ်ငန်းစဉ်သည် အခြားအက်တမ်များမှ အခြားသူများကို ဖမ်းကွက်မှထုတ်လွှတ်ရန် လုံလောက်သောစွမ်းအင်မရှိမချင်း ဤလုပ်ငန်းစဉ်ကို ဆက်လက်လုပ်ဆောင်ပါသည်။

ပါဝင်သည့် အိုင်းယွန်းများ များပြားခြင်းကြောင့်၊ အိုင်းယွန်း စိုက်သွင်းခြင်းသည် ပမာဏ နှင့် စွမ်းအင် ကဲ့သို့သော စိုက်သွင်းခြင်းဆိုင်ရာ ကန့်သတ်ချက်များ နှင့် ဆက်စပ်သော ထိခိုက်မှု အတိုင်းအတာ နှင့်အတူ အလွှာ မျက်နှာပြင် အနီးရှိ ကွက်တိပ် ပျက်စီးမှုကို ဖြစ်စေသည်။ လွန်ကဲစွာ သောက်သုံးခြင်းသည် အလွှာမျက်နှာပြင်အနီးရှိ ပုံဆောင်ခဲဖွဲ့စည်းပုံကို ဖျက်ဆီးနိုင်ပြီး ၎င်းကို အက်ဆစ်အဖြစ်သို့ ပြောင်းလဲစေနိုင်သည်။ ဤရာဇမတ်ကွက်ပျက်စီးမှုကို သလင်းကျောက်တစ်ခုတည်းဖြင့် ပြုပြင်ပြီး လိမ်းသည့်လုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း အစွန်းကွက်များကို အသက်သွင်းရမည်ဖြစ်သည်။

မြင့်မားသော အပူချိန်ကို စုပ်ယူခြင်းဖြင့် အက်တမ်များသည် အပူမှ စွမ်းအင်ကို ရရှိစေပြီး လျှင်မြန်သော အပူရွေ့လျားမှုကို ခံစားရစေသည်။ ၎င်းတို့သည် အနိမ့်ဆုံးလွတ်လပ်သောစွမ်းအင်ဖြင့် တစ်ခုတည်းသော သလင်းကျောက်ပြားအတွင်း ရာထူးနေရာများသို့ ပြောင်းရွှေ့ပြီးသည်နှင့် ၎င်းတို့သည် ထိုနေရာတွင် အခြေချနေထိုင်ကြသည်။ ထို့ကြောင့်၊ ပျက်စီးနေသော amorphous silicon carbide နှင့် dopant atom များသည် substrate interface အနီးရှိ single-crystal structure ကို ရာဇမတ်ကွက်များအတွင်း အံဝင်ခွင်ကျဖြစ်စေပြီး lattic energy ဖြင့် ချည်နှောင်ထားခြင်းဖြင့် single-crystal တည်ဆောက်ပုံကို ပြန်လည်တည်ဆောက်ပါသည်။ ဤတပြိုင်နက်တည်း ရာဇမတ်ကွက်များ ပြုပြင်ခြင်းနှင့် အစွန်းအထင်းများကို လိမ်းနေစဉ်တွင် ဖြစ်ပေါ်ပါသည်။

သုတေသနသည် SiC ရှိ dopants ၏အသက်ဝင်မှုနှုန်းနှင့် annealing temperatures (ပုံ 2a) အကြားဆက်စပ်မှုကို အစီရင်ခံထားပါသည်။ ဤအခြေအနေတွင်၊ epitaxial အလွှာနှင့် substrate နှစ်ခုစလုံးသည် N-type ဖြစ်သည်၊ အနက် 0.4μm နှင့် 1×10^14 cm^-2 တွင် နိုက်ထရိုဂျင်နှင့် ဖော့စဖရပ်စ်ကို ထည့်သွင်းထားသည်။ ပုံ 2a တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း နိုက်ထရိုဂျင်သည် 1400°C တွင် ပေါင်းတင်ပြီးနောက် 10% အောက်တွင် လှုံ့ဆော်မှုနှုန်းကို ပြသပြီး 1600°C တွင် 90% အထိ ရောက်ရှိသည်။ ဖော့စဖရပ်၏ အပြုအမူသည် အလားတူဖြစ်ပြီး 90% activation rate အတွက် 1600°C ၏ annealing temperature ကို လိုအပ်သည်။

▲ ပုံ 2a။ SiC ရှိ အမျိုးမျိုးသော Annealing Temperature တွင် မတူညီသောဒြပ်စင်များ၏ အသက်ဝင်မှုနှုန်းများ

p-type ion implantation လုပ်ငန်းစဉ်များအတွက်၊ ဘိုရွန်၏ ပုံမှန်မဟုတ်သော ပျံ့နှံ့မှုအကျိုးသက်ရောက်မှုကြောင့် အလူမီနီယမ်ကို ဆီးဆေးအဖြစ် ယေဘုယျအားဖြင့် အသုံးပြုကြသည်။ n-type implantation နှင့်ဆင်တူသည်၊ 1600°C တွင် annealing သည် aluminium ၏ activation rate ကို သိသိသာသာ တိုးမြင့်စေသည်။ သို့သော် Negoro et al မှသုတေသနပြုခဲ့သည်။ 500°C တွင်ပင်၊ စာရွက်ခံနိုင်ရည်သည် 3000Ω/square တွင် မြင့်မားသောဆေးအလူမီနီယမ်ထည့်သွင်းခြင်းဖြင့် ရွှဲရွှဲစိုပြေသွားသည်ကို တွေ့ရှိခဲ့ရပြီး ပမာဏကို တိုးမြှင့်ခြင်းသည် ခံနိုင်ရည်အား မလျော့စေဘဲ အလူမီနီယံ အိုင်ယွန်မဖြစ်စေကြောင်း ညွှန်ပြပါသည်။ ထို့ကြောင့်၊ အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းခြင်းကိုအသုံးပြု၍ ပြင်းထန်စွာဆေးကြောထားသော p-type ဒေသများကိုဖန်တီးရန် နည်းပညာဆိုင်ရာစိန်ခေါ်မှုတစ်ခုအဖြစ်ရှိနေဆဲဖြစ်သည်။

▲ ပုံ 2b။ SiC ရှိ မတူညီသောဒြပ်စင်များ၏ သုံးစွဲမှုနှုန်းနှင့် သုံးစွဲမှုအကြား ဆက်စပ်မှု

dopants ၏အတိမ်အနက်နှင့်အာရုံစူးစိုက်မှုသည် ion implantation တွင်အရေးကြီးသောအချက်များဖြစ်ပြီး၊ စက်၏နောက်ဆက်တွဲလျှပ်စစ်စွမ်းဆောင်ရည်ကိုတိုက်ရိုက်ထိခိုက်စေပြီးတင်းကြပ်စွာထိန်းချုပ်ရမည်ဖြစ်သည်။ Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS) သည် dopants အစားထိုးပြီးသည့်နောက်တွင် dopants ၏ အတိမ်အနက်နှင့် ပြင်းအားကို တိုင်းတာရန် အသုံးပြုနိုင်သည်။**