碳化硅（SiC）是一種非常有前途的材料蝗茁，用于電子設(shè)備中的高溫醋虏，高頻和高功率應(yīng)用。然而哮翘，由于存在各種擴(kuò)展缺陷颈嚼，許多基于SiC的電子設(shè)備的商業(yè)化一直具有挑戰(zhàn)性阻课。為了提高SiC的性能，對晶體生長過程中缺陷的形成和擴(kuò)張進(jìn)行了研究艰匙。盡管這些結(jié)果有助于技術(shù)的重大進(jìn)步限煞，促進(jìn)了這些材料的商業(yè)化员凝，但尚未完全了解擴(kuò)展缺陷的形成和擴(kuò)散晰骑。而Photon etc.的高光譜顯微成像在辨別各種故障類型的發(fā)光帶方面具有關(guān)鍵性作用，有助于深入探究SiC材料中缺陷的生成和擴(kuò)散機(jī)制，進(jìn)一步加深我們對SIC材料的理解硕舆。
高光譜顯微成像在碳化硅材料的電致發(fā)光表征應(yīng)用
SiC內(nèi)部中存在著各種各樣的擴(kuò)展缺陷骤公，其中zui有害的三種是螺紋位錯(cuò)、內(nèi)生堆垛故障和復(fù)合誘導(dǎo)的堆垛故障（RISFs）阶捆。尤其特別的是凌节，RISFs難以控制，因?yàn)樗鼈冊谠O(shè)備運(yùn)行過程中膨脹洒试，導(dǎo)致雙極器件（如PIN二極管）的導(dǎo)通電壓持續(xù)增加。這種擴(kuò)張是由RISFs附近自由載流子的重組引起的垒棋。了解它們運(yùn)動(dòng)的機(jī)制對于減輕它們至關(guān)重要卒煞。
電致發(fā)光（EL）通常用于識(shí)別擴(kuò)展缺陷：RISFs在2.89eV（430nm）處發(fā)射，而結(jié)晶故障區(qū)域的部分位錯(cuò)（PDs）在1.8電子eV（690nm）處發(fā)射叼架。在4H-SiC中畔裕，部分錯(cuò)位在設(shè)備運(yùn)行過程中也沿著碳芯部位會(huì)發(fā)出綠色熒光。即使通過熱處理使RISFs縮小乖订，這種發(fā)射也會(huì)保持不變扮饶。利用Photon etc.公司的IMA高光譜顯微鏡可以同時(shí)獲取缺陷光譜和空間信息。IMA由光學(xué)顯微鏡乍构、源表甜无、探針和基于體積Bragg光柵的高光譜濾光片組成。高光譜EL成像可以迅速而準(zhǔn)確地識(shí)別4H-SiC中導(dǎo)致綠色熒光的缺陷類別哥遮。
下面展示了RISFs在不同的電流注入時(shí)間內(nèi)如何膨脹岂丘，以及綠色熒光中心如何沿部分位錯(cuò)移動(dòng)昔善。這說明在SiC中不僅RISFs在載體注入下移動(dòng)元潘，而且諸如硼雜質(zhì)等點(diǎn)缺陷也可以在這些條件下被誘導(dǎo)移動(dòng)君仆。
在經(jīng)過一段時(shí)間的設(shè)備運(yùn)行并隨后在700℃的氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行退火以收縮RISFs（如圖1a所示）[1]之后翩概，對SiC PIN二極管進(jìn)行了EL成像[1]。隨著RISFs的擴(kuò)張钥庇，從器件中收集到的EL從400nm到780nm，步長2nm咖摹，曝光時(shí)間為30s评姨。使用IMA收集的單色圖像可以將不同類別的缺陷分離開來。如圖1b顯示了RISFs的峰值發(fā)射，中心波長為424nm吐句，圖1c-d顯示了534nm和720nm處的部分位錯(cuò)胁后。圖2中標(biāo)有“1”和“2”的兩個(gè)區(qū)域的光譜響應(yīng)確認(rèn)，PDs由于RISFs在424nm處有類似的尖銳發(fā)射嗦枢，而在530-540nm處為較寬發(fā)射。通過結(jié)合光譜和空間信息文虏，可以將后者的發(fā)射歸因于可移動(dòng)的硼雜質(zhì)侣诺。
圖1氧秘、（a）SiC的PIN二極管的實(shí)色EL（b-d）退火后從高光譜數(shù)據(jù)中提取的單色EL圖像
圖2年鸳、區(qū)域1和2的EL光譜
Photon etc.的IMA高光譜成像儀在區(qū)分不同故障類型的發(fā)光特征方面扮演了至關(guān)重要的角色，為我們深入研究SiC材料中缺陷的形成和傳播機(jī)制提供了強(qiáng)有力的支持丸相，從而進(jìn)一步拓展了我們對這個(gè)領(lǐng)域的理解搔确。
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相關(guān)文獻(xiàn)：
[1] Caldwell, J. D., Giles, A., Lepage, D., carrier, D., Moumanis, K., Hull, B. A., Stahlbush, R. E., Myers-Ward, R. L., Dubowski, J. J., & Verhaegen, M. (2013). Experimental evidence for mobile luminescence center mobility on partial dislocations in 4H-SiC using hyperspectral electroluminescence imaging. Applied Physics Letters, 102(24), 242109.
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