Карбид кремния, легированный алюминием, и его использование в высокотемпературных полупроводниковых приборах и керамических нагревательных элементах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи РАСТЕГАЕВ Владимир Петрович

"КАРБИД КРЕМНИЯ, ЛЕГИРОВАННЫЙ АЛЮМИНИЕМ. И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ И КЕРАНИЧЕСКИХ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ"

Специальность:01. 04. 10 - Физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург-1993

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственно: электротехническом университете.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор олеск А. О. кандидат Физико-математических наук Иванов Е..Г.

Ведущая организация - Институт точной механики и оптики . г. Санкт-Петербург.

Зашита состоится г. в часов н

заседании специализированного совета К 063. 36. 10 санкт-пётер бургского государственного электротехнического университета п адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. ПроФ. Попова. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан г.

Ученый секретарь специализированного совета

Окунев ю. Т.

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность тены. Дальнейший прогресс современной высоко-генпературной электроники и электротехники во многой связан с 1рименением широкозонных полупроводников. Большая ширина запрещенной зоны в сочетании с термостойкостью, повышенной стойкостью к воздействию агрессивных сред и ионизирующих излучений обуславливает перспективность карбида кремния как натериала аля создания полупроводниковых приборов, способных работать при экстремальных условиях эксплуатации, а также обеспечивает его широкое применение в высокотемпературных электротехнических устройствах, одним из перспективнейтих применений карбида кремния является изготовление на его основе электронных приборов» способных работать в условиях повышенных температур. Поэтому, в первую очередь, возникает задача создания р-п-пере-

ходоа на карбиде кремния, способных работать в условиях высо-• с

ких температур (до 500 С), имеющих высокие напряжения пробоя, малые утечки и сопротивления при протекании тока в пряном направлении. Необходимость расширения класса таких приборов требует получения подложечного материала р-типа проводимости различных- политипных структур, Разработка электронных приборов на карбиде кренния,а так же подложечных материалов сейчас активно ведется в ряде ^научных центров России и за рубежом фир-нами Sanyo Electric Со (Япония). Siemens (ФРГ), Westinghouee Genera Electric, HACA (США) и др.

Поскольку класс примесей, пригодных для создания р-п-пе-реходов в карбиде кремния ограничен, то для создания необходимых структур выбран алюминий, как акцептор с наименьшей энергией активапии. Наличие широкого класса технических порошков карбида кренния. легированных алюминием, представляет возможности их использования в электротехнических керамиках, а также в качестве источников роста объемных монокристаллов. Все это ставит задачу по исследованию процессов легирования карбидк-ремниевых материалов алюминием и их использованию. Обшим технологическим моментом всех рассмотренных в данной работе направлений является легирование карбида кремния алюминием в про-

- г -

цессе массопереноса через газовую фазу.

К моменту постановки работы возможности сублимационно эпитаксии характеризовались следующим. Методом сублимаиионно эпитаксии были созданы р-п-переходы с высокими пробивным напряжениями. На эпитаксиальных слоях карбида кремния п-тип проводимости с концентрациями электронов ю'6-10 см методо ионной имплантации с последующим отжигом были созданы структу ры типа р^-п-п+с напряжениями пробоя, соответствующими указан ным концентрациям примеси, и низким сопротивлением в прямо направлении. Эпитаксиальные р-п-переходы имели высокое сопро

тивление в прямом направлении, что объяснялось большой толпш

+ +

ной базы созданных структур, структуры р -п-п . созданные помощью ионной имплантации имели следующие недостатки: ионна имплантация не позволяет получить качественные структуры большими площадями, отсутствуют перспективы создания мно гослойных структур. Все известные к моменту постановки данно работы исследования по созданию структур для электронной тех ники на основе карбида кремния бН-модификации проводились н базе подложечных материалов, изготовленных из кристаллов, вы 'рашенных по методу Лели, что также ограничивает возможное! применения данных разработок. В области применения карбида кре ния в электротехнических устройствах все известные к момент постановки данной работы публикации были посвяшены карбид кремния, легированному азотом. В связи с этим, важными и акту альными задачами являются разработка методов создания мно гослойных эпитаксиальных структур и создания монокристалл» ческих материалов политипов 4Н- и бН. а также поликристалли ческих материалов на основе карбида кремния р-типа проводи мости и исследования механизмов легирования карбида кремни алюминием в процессе роста.

Цель работы. Исследование особенностей легирования кар бидкремниевых материалов алюминием в процессах их получения направленное на совершенствование технологии объемных монок ристаллов и эпитаксиальных слоев различных политипов с цель создания на их основе структур, пригодных для приборной реали зании в высокотемпературной полупроводниковой электронике,

?акже возможности использования карбида кремния . легированного ытминием для керамик высокотемпературных электротехнических

устройств.

Научная новизна работы.

1. Показано, что основными факторами, определяющими уро-зень лег. рования карбидкремниевых материалов алюминием, явля-этся теи.ература роста, состав паро-газовой Фазы над карбидом <ремния, скорость роста. кристаллографическая ориентация фронта роста, степень замкнутости кристаллизационной ячейки и уро-зень легирования возгоняемого карбидкремниевого материала.

2. Неоднородность легирования материалов в процессе роста возникает из-за:истощения источника алюминия:отклонения фронта роста от плоскости;дефектов кристаллов как двумерных, так и трехмерных;нестабильности ростовых процессов.проявляющихся в образовании слоистых структур.

3. Определены факторы, обеспечивающие эффективное разраши-вание объемных монокристаллов карбида кремния. Показано, что основными факторами являются наличие радиального градиента температуры в ячейке и расстояние от фронта роста кристалла до засыпки. .

Практическая ценность работы

1.Использование высокой температуры и азотной атмосферы позволяют получать карбидкремниевые керамики с неотрицательным температурным коэффициентом сопротивления на основе порошков карбида кремния, легированного алюминием.

2.Получены сильнолегированные алюминием монокристаллы карбида кремния политипа 4Н.которые могут быть использованы в создании светодиодных структур и элементов интегральных схем.

3. Созданы эпитаксиальные р^-п-п^структуры на основе карбида кремния, совмешаюшие высокие пробивные напряжнения с низким сопротивлением в прямом направлении и работоспособные в диапазоне температур г0-500°С.

4. В практическую технологию введен политип карбида кремния 4Н.обладающий по сравнению с политипом 6Н более высокой подвижностью и меньшей глубиной залегания донорных уровней,что обеспечивает более высокое быстродействие приборов и неньшую

" 4 -

температурную зависимость их параметров.

Основные научные положения.

1. Насыщение газовой Фазы над карбидом кремния углерош увеличивает концентрацию алюминия в материалах, получаемых процессах перекристаллизации через паровую Фазу.

2. Уменьшение расстояния между фронтом растущего кристал, и источником роста совместно с использованием радиального гр диента приводит к увеличению угла разрашивания кристалла

Апробация работы.

Материалы диссертационной работы докладываались и обсу дались на научно-технических конференциях профессорско-преп давательского состава /1ЭТИ им.В. И. Ульянова(Ленина) 1984-19 г. г.. а также докладывались на VIII Всесоюзной конференции нетодам получения и анализа высокочистых вешеств (Горький 19 г.),III Всесоюзном совешании по широкозонным полупроводник (Махачкала. 1986 г. ). Конференции по Физике полупроводников приборов (Таллинн. 1985 г.).VIII Международной конференции росту кристаллов (Харьков 1992 г. )

Публикации. По материалам диссертационной работы опуб; ковано 10 статей . опубликованы тезисы 5 докладов на Bcecoi jfaix и международных конференциях.

' Структура и объем работы. Диссертация состоит из вве) ния. пяти глав, заключения, списка литературы, включающего источник. Основнная часть работы изложена на 1&S страницах i шинописного текста. Работа сордержит 1¿T таблиц, 49 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования п: цессов легирования карбида кремния алюминием, позволяющая с давать многослойные структуры, поликристаллические карбидкр ниевые материалы, монокристаллические карбидкремйиевые мате алы с заданными характеристиками для применения в различ областях электронной техники и электротехнических устройств Кратко изложены содержание диссертации, основные результ работы и представленные к защите научные положения.

Первая глава посвяшена. главным образон. теоретическ

следованию термодинамики и кинетики легирования карбида >емния алюминиен в процессе роста. Решались следующие задачи:

а) выяснить условия существования одной кристаллической 1зы - БхС в системе 31-С-А1 и влияние алюминия на процессы ¡ссопереноса при росте карбида кремния.

б) установить роль различных Факторов, влияющих на легиро-шие карбида кремния алюминием.

Рассмотрен состав паровой Фазы в системе 31-С-А1. Указаны :ловия существования Фазы А1ЧС3. которая оказывает отрииа-гльное влияние на структурное совершенство монокристаллов и питаксиальных слоев карбида кремния, легированных алюминиен. ассмотрены условия, в которых пары алюминия оказывают влияние а массоперенос карбида кремния в процессе роста. Показано, то наиболее сильно алюминий влияет на указанные процессы, огда паровая Фаза над карбидом кремния обеднена парами крем-ия и наиболее слабо при обогащении парами кремния. Алюминий, мёюший давление паров существенно более высокое, чем кремний, олжен покидать ростовую ячейку в условиях сублимационного оста монокристаллического карбида кремния гораздо быстрее, ем кремний. Изложены закономерности растворения алюминия в :арбиде кремния в условиях термодинамического равновесия.

Вторая глава посвяшена выращиванию эпитаксиальных слоев :арбида кремния, легированного алюминием и исследованию их :войств. Решались следующие задачи: исследовались основные 1сточники Фоновых примесей (азота) при росте эпитаксиальных :лоев карбида кремния, выращивались эпитаксиальные слои карби-(а кренния. легированного алюминием и проводился послойный шализ содержания алюминия в этих слоях.

описана экспериментальная установка и представлены сведе-шя об исходных материалах, которые использовались для получе-1ия структурно совершенных эпитаксиальных слоев карбида крен-■шя р-типа проводимости и слоев, не легированных специально. Процесс эпитаксии проводился в высоковакуумной высокотемпературной печи с индукционным нагревом и безмасляной откачкой. Перемещаемый индуктор позволял осуществлять модифицированный сублимационный сэндвич-метод. Параметры установки позволяли

- б - .

-ч

осуществлять ростовые процессы в вакууме 10 Па вплоть до тем пературы 1600 с. Проведен термодинамический анализ влияни процесса распада кварца при взаимодействии с парами кремния н состав атмосферы роста кристалла и рассмотрено поступлени примеси из кварцевого реактора в растущий кристалл. Рост неле тированных эпитаксиальных слоев осуществлялся в ячейке, содег жашей засыпку с различными концентрациями азота на стандартна подложку промышленного образца, полученную по методу /1эл* Рост легирпованных алюминиен эпитаксиальных слоев карбш кремния осуществлялся по модифицированному сублимационноь сэндвич-методу, который в целях получения сильнолегированнь алюминием слоев пришлось несколько видоизменить: процесс тра: ления был разделен на две части - удаление основной масс стравливаемого поверхностного слоя осуществлялось на отдельш источник паров кренния. После перезагрузки осуществлялось лиг ^краткое травление поверхности подложки на основной источи! роста с целью удаления загрязнений и последующий переход росту слоя.

Исследовались основные источники азота как Фоновой ко! пенсируюшей примеси при росте эпитаксиальных слоев кар б и. кремния. При выращивании нелёгированных алюминием нонокриста лов и эпитаксиальных слоев карбида кремния в указанной систе] концентрация нескомпенсированных доноров оказалась пропорци нальной корню квадратному из давления остаточной атмосферы вакуумной установке. Снижение давления атмосферы остаточн газов приводит к выявлению переноса примеси из источника рос в эпитаксиальный слой. При использовании сильнолегированн азотом подложек карбида кремния было выявлено влияние конпен рации азота в подложке на концентрацию нескомпенсированных д норов в выращенном эпитаксиальном слое. Таким образом, уст новлены следующие источники азота как Фоновой примеси, легир юшей растущий кристалл: атмосфера роста, источник роста, авт легирование из подложки.

Профили распределения алюминия в выращенных эпитаксиах ных слоях определялись с помощью масс-спектрометрии вторич* электронов. Энергия бомбардировки ионами аргона составлял?

кэв. В приповерхностном слое карбида кремния наблюдалось значительное количество кислорода. Установлено, что захват алюминия в процессе роста эпитаксиального слоя <0001)51 и (0001)с идет одинаково. Незначительное отличие в концентрации алюминия имелось при выращивании эпитаксиального слоя на грани (1120). Варьирование скорости роста в пределах о. 1-1.0 мкм/мин незначительно влияло на концентрацию алюминия в растущем эпи-таксиальном слое. Помещая в ростовой ячейке перед Фронтом роста графитовый экран, условия роста эпитаксиальных слоев смешали в сторону 31С-С, что приводило к увеличению концентрации алюминия в карбиде кремния в 5 раз. Аналогичные результаты были получены при исследовании эпитаксиальных слоев карбида кремния методом- РСКА. Указанные исследования дополнялись изучением вольт-амперных характеристик полученных эпитаксиальных структур, структуры на основе эпитаксиальных слоев, выращенных на грани (0001)С не обладали характерными для структур, полученных- на гранях (0001)31 и (1120) диодными характеристиками даже в области малых токов при смешении в прямом направлении. В области больших токов структуры с толщинами р-слоя свыше 3-5 мкм имели нелинейные вольтамперные характеристики. Аналогичными характеристиками обладали эпитаксиальные слои, выращенные без предварительного травления на отдельный источник роста. Уменьшение времени выращивания эпитаксиальных слоев и, соответственно. толщины легированного алюминием р-слоя приводило к линеаризации вольт-амперных характеристик в области больших токов. Такие образны имели близкие к линейным вольт-амперные характеристики с напряжением отсечки 2. б в и удельным сопротивлением (о.5-1^10 Ом см . Обратные ВАХ исследовавшихся образцов на постоянном токе могут быть представлены состоящими из нескольких участков вида 1= соответствующим различный

механизмам протекания тока через структуры, исследуемые структуры позволяли пропускать через них ток пробоя до плотностей з ч-

10 А/см . Исследуемые образцы сохраняли работоспособность до

о

температуры 700 с. Картина свечения обратносмешенного р-п-пе-рехода состоит из большого числа светящихся точек и добавляю-шейся к ним при токах свыше 3' ю А/см однородно светящейся об-

ласти. Расчетная напряженность электрического поля соответствующего возникновению однородного свечения превышала 3 10 В/см . С-У характеристики таких образцов измерялись на частоте 100 кГц и в координатах 1/С -V были линейными и имели емкостное напряжение отсечки 2.6 Вб,что указывало на наличие резкого р-п-перехода. Линеаризации вольт-амперных характеристик пря-мосмешенных структур с повышенной концентрацией алюминия I эпитаксиальном слое удавалось добиться при любых толщинах последнего, в области малых токов такие прямосмешенные структуры имели значительные утечки.

Третья глава посвяшена описанию работ по получению объемных монокристаллов карбида кремния, легированных алюминием. Монокристаллические слитки выращивались пЬ нетоду /¡ЭТИ. Дл? этой цели была использована высокотемпературная установка, позволившая осуществлять процесс роста кристаллов карбидг кремния в интервале температур 1800-2000°С при давлениях ат-носФеры в рабочей камере -1>1о'па. Разработана и экспериментально опробована кристаллизационная ячейка для эффективно-то разрашивания монокристаллов карбида кремния при разрашива-нии их в среде поликристалла. Показано, что кроме наличия ра-диальноого температурного градиента в кристаллизационной ячейке существенную роль играет расстояние между фронтом рост; кристалла и источником роста. Уменьшение этого расстояния при водит к увеличению угла разрашивания монокристалла. Использу: эту•методику, выращивали объемные монокристаллы карбида крем ния диаметром более 25 мм. Скорости роста объемных монок ристаллов варьировались в пределах 0. 5-2 мм/ч.- Показано, чт< изменением соотношения концентрации не легированной спепиальн и легированной алюминием шихты карбида кремния удается доста точно просто получить заданный уровень легирования кристалло карбида кремния алюминием при выращивании их по • нетоду ЛЭТИ Установлено, что концентрация алюминия в выращиваемых кристал лах увеличивается с повышением температуры роста и описываетс уравнением

N = Ы й ехр (-0/1}Т), где о-кажушаяся энергия активации процесса растворени

алюминия в карбиде кремния, экспериментальные значения О находятся в пределах 120-150 кДж/моль при росте кристаллов в направлении £0001131, Исследования уровня легирования монокристаллов. выращенных в кристаллографических напрвлениях [0001331, С00011С, [1010]. [1120] и уровни легирования в тех частях объемных кристаллов, которые росли с естественной огранкой выявили анизотропию растворения алюминия на различных кристаллографических гранях в диапазоне температур выращивания кристаллов 1800-2200°С. При этом максимальная растворимость .алюминия наблюдалась при росте кристаллов в направлении [0001]31. это значение монотонно уменьшается по мере увеличения степени отклонения кристаллических граней от (0001)31 до минимального значения при росте на грани (0001)с. Определенная трудность получения монокристаллического карбида кремния политипа 4Н связана с тем. что переход к политипу 4Н имеет место лишь при росте кристаллов на кристаллической грани (0001)С, а алюминий плохо растворяется при.росте на этой грани. Поэтому для получения кристаллов политипа 4Н р-типа проводимости сначала выращивали слаболегированные кристаллы . политипа 4Н на кристаллической грани (0001)С затравок политипа бН. а в последующих процессах выращивали монокристалл политипа 4Н от кристаллической грани (юГо) затравок политипа 4Н. Аналогичных результатов по получению монокристаллов политипа 4Н р-типа проводимости добивались использованием графитовых ячеек из графитов высокой плотности и с большой толщиной стенок. Установлено, что основными причинами возникновения неоднородности легирования объемных кристаллов карбида кремния являются изменения концентрации алюминия в газовой Фазе над Фронтом роста в процессе выращивания кристалла и анизотропия растворения алю-ниния на различных грасталлических гранях. Исследования неоднородности легирования по длине объемных кристаллов показали, что эти изменения вызваны в основном утечкой алюминия из ростовой ячейки при выращивании в условиях вакуума. В результате использования кристаллизационных ячеек из различных марок графита и с разными толщинами стенок установлено, что пористость используемого графитового материала и толщина стенки

кристаллизационной ячейки заметно влияют на утечку паров алюминия из ячейки, которое вызывает изменение концентрации алюминия в газовой Фазе в процессе роста, что и обуславливает неоднородность легирования кристалла по длине. Неоднородности, вызванные кристаллографической анизотропией растворения алюминия наблюдаются в основном при естественном огранении растущих кристаллов. Это обусловлено отсутствием равновесия газовой Фазы с объемом кристалла при легировании алюминием в процессе роста. В этих условиях уровень легирования алюминием определяется различными адсорбционными способностями кристаллографической грани фронта кристаллизации растущего кристалла, что проявляется не только при естественном огранении. но и при любых нарушениях плоской Формы фронта роста кристаллов. В связи с противоположной по сравнению с алюминием анизотропией растворения азота, который является основной неконтролируемой до-норной примесью в карбиде кремния, еше более усиливаются неоднородности концентрации некомпенсированных акцепторов при выращивании объемных монокристаллов карбида кремния, легированных алюминием. Исследование дислокационной структуры объемных кристаллов карбида кремния проводилось с помощью рентгеновской топографии и анализа распределения дислокационных ямок травления.' Показано, что основным источником диалокаиий является переходная область затравка-объемный монокристалл и подавляющее большинство дислокационных линий находится в плоскостях, параллельных направлению роста, независимо от кристаллографических ориентации фронта роста. С учетом этого, монокристаллические подложки карбида кремния с малой плотностью дислокационных ямок травления были получены путем разделения объемного кристалла, выращенного по направлению [0001) на пластины, параллельные базисным плоскостям.

Четвертая глава посвящена исследованию легирования карбида кремния алюминием в процессе обжига керамических изделий. С научной точки зрения эти материалы интересны прежде всего тем, что процессы спекания характеризуются массопереносом карбида кремния через газовую Фазу с зерна на зерно. При этом, с одной стороны, скорости роста вторичного карбида кремния имеют малую

величину, порядка 0. 1 мм/ч при Т=ггоо°С, с другой стороны, керамики являются многогранными модельными материалами, позволяющими наблюдасть процессы легирования карюбида кремния петрографическим методом одновременно . при росте на различных кристаллических гранях. Исследования проводились на заготовках, полученных по следующим методикам. Методой холодного прессования были приготовлены образцы масс двух типов: 1) порошок сильнолегированного алоюминием карбида кремния замешивался на органической связке с мелкодисперсным углеродом и алюминием в количестве 1-3*. 2) порошки сильнолегированного алюминием карбида кремния трех фракций замешивались на органической связке. При этом образцы первого типа обжигались в условиях реакционного спекания (добавка металлического кремния) с последующей рекристаллизацией. Второго - обычной рекристаллизацией. Для получения сильнолегированной алюминием керамики обжиги проводились в среде аргона, исследования показали. что даже при малых скоростях- роста уровень остаточного легирования карбида кренния алюминием сильно варьируется в зависимости от кристаллографической ориентации фронта роста кристалла. Наиболее сильно легированные алдюминием материалы были получены методом реакционного спекания. Это связано с добавкам и металлического алюминия и более выской плотностью получаемых керамик. . Температурная зависимость удельного сопротивления таких керамик показывает, что ео всем диапазоне температур 20-1600°С наблюдается отрицательный ТКС. Для получения керамик с положительным ТКС образцы трехфракиионного состава подвергались обжигу в атмосфере азота. Было показано, что подбором Фракционного состава и температуры обжига удается получить керамики, имеющие положительный ТКС в диапазоне температур 1200-1500й С.

Пятая глава посвящена приборному применению многослойных структур и объенных монокристаллов, полученных сублимационным вакуумным выращиванием. Решались следующие задачи: создать ¿"-п-п+ структуры на базе подложек, полученных по методу /1эли, изучить электрофизические характеристики, сравнить с характеристиками структур, полученных на основе подложечного материа-

ла. изготовленного из объемных монокристаллов по методу /ЮТИ и создать полевые транзисторы на основе подложечных материалов, полученных по методу /ЮТИ.

Рассматриваются электрофизические характеристики р-п-пе-реходов. полученных выращиванием р-слоя на стандартных подложках.; изготовленных по методу ^лэли и по методу /ЮТИ и имеющих конаентраш&о примеси (1 -3)1 о см . Исследовались меза-структуры. сформированные реактивным ионно-плазменным травдлением. В об-

-Ь -I , •)

ласти малых токов ю -10 А/см вольт-амперные характеристики

описывались экспоненциальной зависимостью вида: Л = ЛС1ехр(чУ/

г *

|ЬКТ). где Ю -ю А/сн и параметр^ 2. Описано изготовление

р-п-п структур и изучены их электрические свойства. Подложками

v +

для изготовления р -п-п,структур служили морокристаллические

пластины БАС-бН. изготовленные по методу Лэли, имеющие кон-

13 л

центрашда некомпенсированных доноров Н^-И^ (1-5)10 см . Ориентированы они были по плоскости (0001)31. Кроме того, в качестве подложек использовались вырезанные из слитков, полученных по методу /ЮТИ пластины, ориентированные по плоскости <1©10). На подложку сублимационным методом наращивался слой

карбиджа кремния п-типа. мелкими донорами в/котором были атомы

' 1С, |> -ъ •

азота НА-Ыд= Ю -ю см . Поверх этого слоя выращивали по описаной выше технологии эпитаксиальный р слой. Меза-структура с эпитаксиальной р+-п-пч структурой Формировалась. реактивным ионно плазменным травлением. Электрические характеристики многослойных карбидкремниевых структур показали.- что последние пригодны для создания полупроводниковых высокотемпературных диодов. Для определения электростатических свойств стрхктуо в широкон интервале температур 300-650 К использовались характеристики: дифференциальная емкость р-п структуры - .напряжение на р-п-структуре. электростатические свойства р+-п-п+структур соответствовали теории Шокли и на основании этого определены их электростатические параметры. Установлено, что диффузионная разность потенциалов на барьере р-п-перехода практически линейно убывает с ростом температуры и эта тенпературная зависимость определяется, главным образом, тенпературнын ходон химических потенциалов электронов в п-области и дырок в р-области,

а не температурной зависимостью ширины запрещенной зоны. При комнатной температуре обратносмешенные р -п- структуры покаэы-вали ток 10 А лишь при напряжении 420 В. С ростом температуры наблюдалось возрастание тока обратносмешенных структур. Структуры оставались работоспособными до температуры 500 ° С. При плошади 0. б мм прямосмешенные структуры обладали дифференциальным сопротивлением в прямом направлении - 1 Ом. V р*-п-п+ структур на основе подложек, изготовленных из кристаллов по методу /1ЭТИ р -п-переход являлся резким. Емкостное напряжение отсечки составляет 2. 56 В. измеренные по наклону вольт-Фарад-ных характеристик концентрации нескомпенсированных доноров в п-слое составляли 10 см . Прямыё ветви вольт-амперных характеристик в диапазоне плотности токов 10 -10 А/см в диапазоне температур 300-800 К состояли из двух участков и описывались соотношением

J = J^ ехр(еУ/^,КТ) ♦ Л1 ехр(еУ/|ЬгКТ»

гдел>г2. Р,= 1.5, т.е. первый участок описывается теорией Нойса-1окли-Саа. а второй -'теорией рекомбинации носителей через многоуровневый центр в слое объемного заряда. -Обратные вольт-амперные характеристики исследовавшихся р -п- структур имели нормальный положительный температурный коэффициент напряжения. Расчетная критическая напряженность поля лавинного

ь • ^

пробоя и = 2>10 В/см хорошо соответствовала полям лавинного

пробоя для карбида кремния, что характеризует совершенство получаемых р -п-п+структур. Спектры электролюминесценции получении х структур позволяют считать их пригодныни для изготовления на их основе светодиодов. работающих в головой области спектра. На базе подложек политопа 4Н, изготовленных из кристаллов, выращенных по методу ЛЭТИ. были получены структуры

а -v +

вида п-р -п и п-р -р. Используя плазмохиническое травление и фотолитографию были созданы меза-эпитаксиальиые транзистор" Б1С-4Н ^ЕТ. имевшие крутизну 3 ма/е

Т.о.. все экспериментальные данные свидетельствуют о применимости многослойных структур и объемных монокристаллов, полученных по методу лэти для изготовления на их основе приборов электронной техники

- 14 -

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ:

1.Показано, что основными факторами, определяющими уровень легирования карбидкремниевых материалов алюминием, являются температура роста, состав паро-газовой Фазы над карбидом кремния, скорость роста, кристаллографическая ориентация фронта роста, степень замкнутости кристаллизационной ячейки и уровень легирования возгоняемого карбидкремниевого материала.

3. Установлены условия получения объемных монокристаллов карбида кремния с ориентацией (0001), имеющих плотность дислокационных ямок травления 10-100 см2

4. Определены технологические Факторы, обеспечивающие эффективное разрашивание объемных монокристаллов карбида кремния. Показано, что основными факторами являются наличие радиального градиента температуры в ячейке и расстояние от фронта роста кристалла до засыпки.

5. Выявлены условия автолегирования эпитаксиальных слори карбида кремния из подложки в процессе роста.

6. Созданы>эпитаксиальные р*-п-п*структуры на основе карбида кремния, совмещающие высокие пробивные напряжнения с низким сопротивлением в прямом направлении и работоспособные в диапазоне температур го-боо^с.

7 . Показана возможность использования порошков карбида кремния, легированного алюминием, для керамики, применяемой в карбидкремниевых нагревателях.

8 . в практическую технологию введен политип карбида кремния 4Н,обладающий по сравнению с политипом 6Н более высокой подвижностью и меньшей глубиной залегания донорных уровней, что обеспечивает более высокое быстродействие приборов и меньшую температурную зависимость их параметров.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕНЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Повышение эффективности эмиттера тиристора. /А. Н. Конов. Л. Л. Дорофеева, В. П. Растегаев, Н. Б. РаФаевич/УЭлектронная техника., сер. 4., вып. 5 (94).. 1982 - С. 24-26.

2. Лазерная резка монокристаллов карбида кремния./ . Комо!

А. Н., Кочетков В. ю., Растегаев В. П. > Чепурнов В. И. // Физика и химия обработки материалов., Н 2., 1984 - с. 134-135,

3. Левин В. И.. Растегаев В. П., Анализ источников загрязнений при получении чистых монокристаллов карбида кремния // Изв. ЛЭТИ: сб. науч. тр. / Ленингр. электротехн. ин-т. им. В. И. Ульянова (Ленина) - Л. . 1984. > вып. 338. , С. 23-26.

4. Растегаев В. П. . Рост и легирование эпитаксиальных слоев карбида кремния при низких температурах' // Изв. ЛЭТИ: сб. науч. тр. / Ленингр. электротехн. ин-т. им. В. И. Ульянова (Ленина)

Л. , 1985. , вып. 350. , С. 72-74.

5. Лазерное окисление кремния /Комов А. Н,, Дорофеева Л. Л., Растегаев В. П., Кивран Ю. В. // Поверхность. Физка, химия, механика, вып. 4.. 1985. ,с. 84-87.

6. Неклассический термоинжекционный ток в карбид-кремниевых р-п структурах / Аникин Н. М., ЕвстроПов В. В.. Попов И. В., Растегаев В. П., Стрельчук А. Н.. Сыркин А. Л //Физика и техника полупроводников., т. 23., вып 4.. 1989., С. 647-651.

7. Температурная зависимость напряжения лавинного пробоя в карбидкремниевых переходах / М. М. Аникин, И. Е. Левинш-тейн, И. В. Попов., В. П. Растегаев., А. Н. Стрельчук., А. Л. Сыркин //Фйзика и техника полупроводников, том24. , вып. 5., 1990.. С. 847.

8. Электрические характеристики эпитаксиальных р-п-п-структур на основе карбида кремния политипа 6н / Аникин М. И., Лебедев А. А., Попов И. В.. Растегаев в. П. и др. //Физика и техника полупроводников, Т. 22. Вып. ¿, 1988, с. 298-300.

9. Электростатические свойства sic-6-н-структур с резкин р-п-переходом / Аникин H.H., Лебедев А. А.. Попов И. В. ■ Пятко С. Н., Растегаев В. П. и др. //физика и техника полупроводников, Т. 22, Вып. 1, с. 133-136. -

10. Экспериментальный полевой транзистор на основе карбида кремния политипа 4Н / Аникин М. И., Иванов П. А., Растегаев в. п. и др.//Физика и техника полупроводников, т. 27, Вып. 1,с. 102-107.

и. Электролюминесценция структур s1c-s10 / Барабан А. П., Климов И. В.. Растеаев В. П. // Тез. допл. П1-го всесоюзного совешания по широкозонным полупроводникам., 1986. , Нахачка-ла (сентябрь).,с. 56.

12. Получение монокристаллов особочистого карбида кренния и их применение / Левин В. И.. Попов И. В.. Растегаев в. П.. Цветков в. ф. // Тез. докл. УШ - й конференции по методан получения и анализа высокочистых веществ.. 1966.. Горький, (май). с. 220-221.

13. Карбид кремния, легированный алюминием в процессе роста /Дорожкин с. И.. Лаврентьев А. А.. Растегаев В. П.. Цветков в. Ф. // Тез. докл. VIII всесоюзной конференции по. методам получения и анализа высокочистых веществ.. 1968. .Горький, (май),С.225-226,

14. Анализ процессов неравновесного легирования кристаллов полупроводникового карбида кремния азотом в процессе роста/ Левин В. и., Мадидсон А. Е., Растегаев В. П. .Таиров К». Н., Цветков в. Ф. // Тез. докл. УШ всесоюзной конференции по методам получения и анализа высокочистых веществ.. 1966.. Горький. (май), с. 226-227.

15. Получение и свойства объемных монокристаллов карбида кремния дырочной проводимости для опто- и высокотемпературной электроники / Городецкая Н. А, , Ким И. X., Растегаев В. П.. Таиров р. Н., Цветков В. Ф. // Тез. докл. УП1 всесоюзной ^конференции по росту кристаллов., том 1.. 1992,, Харьков. (Февраль)С. 23-24.

16. Дорожкин С. И.. Растегаев В. П., Спекание и свойства композиционных керамик на основе карбида кремния // Изв. ЛЭ-ТЙ:Сб. науч. тр. /ленингр. электротехн. ин-т им. В. И. Ульянова (Ленина) - Л. .1991 - вып. 433, С; 78-62.

17. Дорожкин с. И.. Растегаев в. П.. Казанцев И. А. спекание керамики на основе карбида кремния // Изв. лэти: сб. науч. тр. /Ленингр. электротехн. ин-т им. В. И. Ульянова (Ленина) - Л.. 1990. ВЫП. 420. С. 72-76.

Подп: к печ. 24; 12. 93. формат 60 X 84 , 1/16

Офсетная печать. Печ. л. 1.0 уч. -изд. л. 1, 0. Тираж юо экз. зак. н 297

Ротапринт МГП "Поликом" 197376. С. -Петербург, ул. Проф. Попова, 5