Wpływ defektów punktowych i liniowych na własności węglika krzemu SiC



Podobne dokumenty
Skalowanie układów scalonych

Absorpcja związana z defektami kryształu

Skalowanie układów scalonych Click to edit Master title style

I Konferencja. InTechFun

Krawędź absorpcji podstawowej

promotor prof. dr hab. inż. Jan Szmidt z Politechniki Warszawskiej

Ciała stałe. Literatura: Halliday, Resnick, Walker, t. 5, rozdz. 42 Orear, t. 2, rozdz. 28 Young, Friedman, rozdz

Zjawiska zachodzące w półprzewodnikach Przewodniki samoistne i niesamoistne

Część 2. Przewodzenie silnych prądów i blokowanie wysokich napięć przy pomocy przyrządów półprzewodnikowych

III. METODY OTRZYMYWANIA MATERIAŁÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH Janusz Adamowski

Repeta z wykładu nr 3. Detekcja światła. Struktura krystaliczna. Plan na dzisiaj

Dyslokacje w kryształach. ach. Keshra Sangwal, Politechnika Lubelska. Literatura

Dyslokacje w kryształach. ach. Keshra Sangwal Zakład Fizyki Stosowanej, Instytut Fizyki Politechnika Lubelska

Część 2. Przewodzenie silnych prądów i blokowanie wysokich napięć przy pomocy przyrządów półprzewodnikowych

Przewodność elektryczna ciał stałych. Elektryczne własności ciał stałych Izolatory, metale i półprzewodniki

Wytwarzanie niskowymiarowych struktur półprzewodnikowych

Podstawy fizyki ciała stałego półprzewodniki domieszkowane

Metody wytwarzania elementów półprzewodnikowych

Zaburzenia periodyczności sieci krystalicznej

Złożone struktury diod Schottky ego mocy

Przyrządy półprzewodnikowe

Ryszard J. Barczyński, 2012 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Elektryczne własności ciał stałych

Złącze p-n: dioda. Przewodnictwo półprzewodników. Dioda: element nieliniowy

Rozszczepienie poziomów atomowych

Teoria pasmowa. Anna Pietnoczka

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Energia emitowana przez Słońce

półprzewodniki Plan na dzisiaj Optyka nanostruktur Struktura krystaliczna Dygresja Sebastian Maćkowski

STRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH

Politechnika Politechnika Koszalińska

Badania własności optycznych grafenu

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE PLASTYCZNOŚĆ. Zmiany makroskopowe. Zmiany makroskopowe

Równanie Shockley a. Potencjał wbudowany

Grafen perspektywy zastosowań

Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja

Półprzewodniki samoistne. Struktura krystaliczna

Aleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA

Fizyka i technologia złącza PN. Adam Drózd r.


Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach

Załącznik nr 1. Projekty struktur falowodowych

Nauka o Materiałach Wykład II Monokryształy Jerzy Lis

Przerwa energetyczna w germanie

MATERIAŁY SUPERTWARDE

Leon Murawski, Katedra Fizyki Ciała Stałego Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej

Elementy technologii mikroelementów i mikrosystemów. USF_3 Technologia_A M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-1

GRAFEN. Prof. dr hab. A. Jeleński. Instytut Technologii MateriałówElektronicznych Ul.Wólczyńska Warszawa

Elementy przełącznikowe

2. Półprzewodniki. Istnieje duża jakościowa różnica między właściwościami elektrofizycznymi półprzewodników, przewodników i dielektryków.

Wykład 12 V = 4 km/s E 0 =.08 e V e = = 1 Å

Repeta z wykładu nr 8. Detekcja światła. Przypomnienie. Efekt fotoelektryczny

Teoria pasmowa ciał stałych

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Gaz Fermiego elektronów swobodnych. Gaz Fermiego elektronów swobodnych

BADANIA MODELOWE OGNIW SŁONECZNYCH

Model wiązania kowalencyjnego cząsteczka H 2

Repeta z wykładu nr 5. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Złącze p-n. złącze p-n

Transport jonów: kryształy jonowe

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Materiałoznawstwo optyczne CERAMIKA OPTYCZNA

I. DIODA ELEKTROLUMINESCENCYJNA

Materiały używane w elektronice

PÓŁPRZEWODNIKI W ELEKTRONICE. Powszechnie uważa się, że współczesna elektronika jest elektroniką półprzewodnikową.

Nauka o Materiałach. Wykład IX. Odkształcenie materiałów właściwości plastyczne. Jerzy Lis

TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH

The role of band structure in electron transfer kinetics at low dimensional carbons

Właściwości kryształów

KRYSTALIZACJA METALI I STOPÓW. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Krytyczne parametry konstrukcyjno-technologiczne i ich wpływ na parametry elektryczne tranzystorów mocy MOSFET SiC

Metody pomiarowe spinowego efektu Halla w nanourządzeniach elektroniki spinowej

Stan Krystaliczny Stan krystaliczny. Stan krystaliczny

Właściwości optyczne. Oddziaływanie światła z materiałem. Widmo światła widzialnego MATERIAŁ

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

Cienkie warstwy. Podstawy fizyczne Wytwarzanie Właściwości Zastosowania. Co to jest cienka warstwa?

Wykład IX: Odkształcenie materiałów - właściwości plastyczne

Czym jest prąd elektryczny

Elektryczne własności ciał stałych

Nanostruktury i nanotechnologie

Cel ćwiczenia: Wyznaczenie szerokości przerwy energetycznej przez pomiar zależności oporności elektrycznej monokryształu germanu od temperatury.

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz.13

Struktura pasmowa ciał stałych

Nauka o Materiałach. Wykład XI. Właściwości cieplne. Jerzy Lis

Właściwości materii. Bogdan Walkowiak. Zakład Biofizyki Instytut Inżynierii Materiałowej Politechnika Łódzka. 18 listopada 2014 Biophysics 1

WĘDRÓWKI ATOMÓW W KRYSZTAŁACH: SKĄD SIĘ BIORĄ WŁASNOŚCI MATERIAŁÓW. Rafał Kozubski. Instytut Fizyki im. M. Smoluchowskiego Uniwersytet Jagielloński

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

Fizyka i technologia wzrostu kryształów

IX. DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE Janusz Adamowski

Wykład IV. Półprzewodniki samoistne i domieszkowe

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA w elektronice

Model elektronów swobodnych w metalu

Domieszkowanie półprzewodników

Wykład XIV: Właściwości optyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Technologii Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Półprzewodniki. Półprzewodniki

Struktura CMOS PMOS NMOS. metal I. metal II. warstwy izolacyjne (CVD) kontakt PWELL NWELL. tlenek polowy (utlenianie podłoża) podłoże P

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Badanie charakterystyki diody

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek

Transkrypt:

Wpływ defektów punktowych i liniowych na własności węglika krzemu SiC J. Łażewski, M. Sternik, P.T. Jochym, P. Piekarz

politypy węglika krzemu SiC >250 politypów, najbardziej stabilne: 3C, 2H, 4H i 6H

najważniejsze własności i zastosowania 6H dobrze pasujący do GaN (na podłoża dla elementów elektronicznych i optoelektronicznych) 4H nadający się do wytwarzania przyrządów elektronicznych (elektronika heavy-duty na wysokie napięcia, prądy i temperatury) własności istotne w zastosowaniach: duża twardość ~30 GPa stabilne własności elektryczne aż do 600 ºC (Si do 125 ºC) szybkość przełączania od 10 do 100 GHz duża szerokość przerwy energ. 2.38 3.26eV (Si: 1.1eV, GaAs: 1.43eV) wysokie krytyczne pole przebicia: do 4.6 x 106 V/cm duże gęstości mocy (Si traci już wtedy własności półprzewodnikowe) odporność na działanie promieniowania (kryształy Si nie są odporne) wysokie przewodnictwo cieplne ~500 W/mK dla czystych monokryształów; łatwe odprowadzanie dużych ilości ciepła nie reaguje z kwasami; mniej odporny na zasady idealny na podłoża np. GaN, grafen produkcja grafenu: metodą termicznej sublimacji/odparowania Si (duże naprężenia) podłoże do metody osadzania C chemical vapor deposition (duża jednorodność, brak naprężeń)

finanse produkcja światowego przemysłu półprzewodnikowego: ok. 350 mld EUR w tym udział SiC na poziomie 4% (boom po 2011) zapotrzebowanie na czyste powierzchnie 4H- i 6H-SiC jako materiał dla elektroniki jako zarodki wzrostu płytka 2-calowa: krzem ~5$ GaAs 40$ InP 120$ SiC od 1000$ do 3500$ (aparatura w ITME za 1.5 mln EUR, wzrost w 2300ºC 1cm/2tyg.) metoda transportu fizycznego z fazy gazowej (ang. Physical Vapor Transport method)

finanse współpraca: Politechnika Warszawska Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych Uniwersytet Warszawski Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN Uniwersytet Wrocławski Uniwersytet Jagielloński w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka: 2010 2014 projekt UDA-POIG.01.03.01-14-155/09-00 (SICMAT) Opracowanie technologii otrzymywania nowoczesnych materiałów półprzewodnikowych na bazie węglika krzemu

nanoskopowe badania SiC R. A. Berechman et al., J. Appl. Phys. 107, 114504 (2010) dyslokacje krawędziowe w 4H-SiC zmiany struktury wokół rdzenia dyslokacji energia tworzenia pojedynczej dyslokacji obniżenie bariary potencjału elektrostatycznego domieszkowanie 6H-SiC (obie podsieci) wpływ pojedynczej domieszki lub wakansu zaburzenia skorelowane: diwakanse, wakans-domieszka Masanori Miyata et al., J. Appl. Phys. 104, 123702 (2008)

dyslokacje krawędziowe w 4H-SiC superkomórka 8 6 1 (384 38 atomów) a = 3.095 Å, c = 10.132 Å 1/3 [2110], 1/3 [21 10], d = 6.73 Å e = (E E'0)/2c = 2.17 ev/å dwie składowe RDF: rozporządkowanie rdzeni uporządkowanie poza rdzeniami

dyslokacje krawędziowe w 4H-SiC superkomórka 8 6 1 (384 38 atomów) a = 3.095 Å, c = 10.132 Å 1/3 [2110], 1/3 [21 10], d = 6.73 Å e = (E E'0)/2c = 2.17 ev/å dodatkowe stany zlokalizowane w przerwie wzbronionej

dyslokacje krawędziowe w 4H-SiC superkomórka 8 6 1 (384 38 atomów) a = 3.095 Å, c = 10.132 Å 1/3 [2110], 1/3 [21 10], d = 6.73 Å e = (E E'0)/2c = 2.17 ev/å dodatkowe stany pochodzą od atomów rdzenia dyslokacji

dyslokacje krawędziowe w 4H-SiC gęstość ładunku elektrycznego znacznie obniżona wewnątrz rdzeni dyslokacji krawędziowych rdzeń dyslokacji

dyslokacje krawędziowe w 4H-SiC gęstość ładunku elektrycznego znacznie obniżona wewnątrz rdzeni dyslokacji krawędziowych obniżenie bariery potencjału elektrostatycznego wewnątrz rdzeni dyslokacji

domieszki i wakanse w 6H-SiC superkomórka 2 2 1 (48 atomów), koncentracja defektów: 2.1% superkomórka 4 4 1 (192 atomy), koncentracja defektów: 0.5% w obydwu przypadkach brak oddziaływania między defektami otrzymane stałe sieci (a = 3.089 Å, c = 15.163 Å) zgodne z eksperymentalnymi rozpatrywane domieszki (w obu podsieciach Si i C): Al, B, N, V oraz wakans wyznaczono: zaburzenia struktury związane z obecnością domieszki/wakansu energie formowania stanu z domieszką/wakansem strukturę pasmową, zlokalizowane stany domieszki rozkład gęstości ładunku elektrycznego Wszystkie obliczenia powtórzono dla domieszek w sąsiedztwie wakansu zlokalizowanego na najbliższym węźle.

domieszki i wakanse w 6H-SiC przykładowe wyniki Tabela: Energia całkowita i energia formowania pary wakans-domieszka VacC-XSi VacSi-XC B N Al V energia (ev) -1429.5252-1432.0428-1430.9263-1435.0294 całkowita 8.361 7.979 4.027 5.153 formowania -1429.4504-1434.6401-1431.0071-1435.0351 całkowita 8.436 5.382 3.947 5.147 formowania

domieszki i wakanse w 6H-SiC przykładowe wyniki Tabela: Energia całkowita i energia formowania pary wakans-domieszka VacC-XSi VacSi-XC B N Al V energia (ev) -1429.5252-1432.0428-1430.9263-1435.0294 całkowita 8.361 7.979 4.027 5.153 formowania -1429.4504-1434.6401-1431.0071-1435.0351 całkowita 8.436 5.382 3.947 5.147 formowania Rysunek: Rozkład ładunku w 6H-SiC z defektem złożonym wakans-aluminium

publikacje Physical Review B 83, 054108 (2011) J. Phys.: Condens. Matter 23, 105401 (2011) habilitacja (2012) Phys. Chem. Minerals 40, 251 (2013) Physical Review B 88, 224303 (2013)