APPLICATIONS |  DÉFAUTS DANS LE CARBURE DE SILICIUM

Le carbure de silicium (SiC) est un matériau très prometteur pour les applications à haute température, haute fréquence ou forte puissance dans les appareils électroniques. Toutefois, la commercialisation de nombreux appareils électroniques basés sur le SiC s’est révélée très difficile en raison de la présence d'une grande variété de défauts étendus. Afin d'améliorer la performance du SiC, de nombreuses études ont été réalisées sur la formation et la propagation des défauts pendant la croissance des cristaux. Malgré que les résultats aient permis des avancées technologiques majeures facilitant la commercialisation de ce matériau, la formation et la prolifération des défauts étendus n’ont pas encore été pleinement comprises.

Bien qu'il existe plusieurs types de défauts étendus dans le SiC, trois des plus préjudiciables sont les dislocations dans la fibre, les défauts d'empilement pendant la croissance et les défauts d’empilement induits par la recombinaison (RISF). Ces derniers sont particulièrement difficiles à gérer, car ils élargissent pendant le fonctionnement du dispositif et mènent à une augmentation continue de la tension d'allumage des dispositifs bipolaires tels que les diodes PIN. La cause de cette expansion est la recombinaison des porteurs libres à proximité des RISF. Comprendre le mécanisme de leur mouvement est essentiel afin de les atténuer.

On utilise couramment l'électroluminescence afin d’identifier les défauts étendus: les RISF émettent dans le violet à 2,89 eV (430 nm) et on sait que les dislocations partielles qui délimitent les zones de défauts émettent dans le rouge à 1,8 eV (690 nm). Avec le 4H-SiC, on a aussi observé récemment que les dislocations partielles développaient une luminescence verte le long des dislocations partielles de carbone pendant le fonctionnement de l'appareil. Cette émission est conservée même si les RISF sont contractés par le recuit. La vidéo 1 montre comment les RISF prennent de l’expansion au cours de différents temps d'injection de courant et comment les centres luminescents verts se déplacent le long des dislocations partielles. On peut en déduire non seulement que les RISF se déplacent avec l’injection de porteurs dans le SiC, mais également que certains défauts tels que des impuretés de bore peuvent être amenées à se déplacer dans de telles conditions.

IMA-EL™, l’imageur hyperspectral de Photon etc., est spécifiquement conçu pour étudier les matériaux électroluminescents. Il a été utilisé pour acquérir simultanément des informations spectrales et spatiales sur les défauts. Cette technique exceptionnelle a permis une identification rapide et précise de la classe de défauts qui contribue à l'émission dans le vert du 4H-SiC.

Afin que les RISF se contractent, l'imagerie par électroluminescence de la diode PIN de SiC a été réalisée après des périodes successives de fonctionnement du dispositif et un recuit ultérieur dans une atmosphère d'azote à 700°C (figure 1a). Après une nouvelle expansion des RISF, l’électroluminescence du dispositif a été recueillie sur la plage spectrale de 400 à 780 nm, avec un écart de 2 nm et une durée d'exposition de 30 s. Les images monochromatiques individuelles produites par IMA-EL™ ont permis de distinguer les différentes classes de défauts. En particulier, la figure 1b représente le pic d'émission de RISF, centré à 424 nm, et la figure 1c-d montre les dislocations partielles à 534 nm et 720 nm. La réponse spectrale des deux régions marquées par "1" et "2" (figure 2) a confirmé que la dislocation partielle a une émission tout aussi pointue à 424 nm due aux RISF et une émission plus large autour de 530-540 nm. En combinant l'information spectrale et spatiale, il a été possible d'attribuer cette émission aux impuretés mobiles de bore.

L’imageur hyperspectral de Photon etc. a joué un rôle essentiel dans l’identification de la bande luminescente des différentes classes de défauts. Il a également permis une meilleure compréhension de la formation des défauts et de leur propagation dans le SiC.

 

Les vidéos et images sont présentées avec la permission de J.D. Caldwell, A. Giles, D. Lepage, D. Carrier, K. Moumanis, B.A. Hull, R.E. Stahlbush, R.L. Myers-Ward, J.J. Dubowski, et M. Verhaegen Appl. Phys. Lett. 102, 242109 (2013). Copyright 2013, AIP Publishing LLC.


Pour en savoir davantage sur les RISF, leur expansion et contraction :

J.D. Caldwell, R.E Stahlbush, K.D. Hobart, O.J. Glembocki, and K.X. Liu Appl. Phys. Lett. 90, 143519 (2007).
J.D. Caldwell, O.J. Glembocki, R.E. Stahlbush, and K.D. HobartAppl. Phys. Lett. 91, 243509 (2007).
J.D. Caldwell, R.E. Stahlbush, M.G. Ancona, O.J. Glembocki, and K.D. Hobart J. Appl. Phys. 108, 044503 (2010). 

Caractérisation de défauts dans le carbure de silicium

Cette vidéo montre les différents types de défauts dans le SiC. Ces défauts peuvent être facilement détectés en employant la plate-forme d'imagerie en luminescence de Photon etc. La technologie d'imagerie hyperpsectrale de Photon etc. améliore les capacités de développement de nouveaux matériaux.

PRODUITS LIÉS

IMA EL

Parfaitement adapté pour l'analyse de cellules photovoltaïques et de semi-conducteurs, IMA EL est un microscope hyperspectral ultra-rapide pour la caractérisation de matériaux en électroluminescence.

 

HYPERCUBE

L'HyperCube transformera votre microscope en un système d'imagerie spectrale de haute résolution, ouvrant de nouvelles perspectives de recherche en imagerie biologique. Conçu pour s'adapter à divers microscopes commerciaux, caméras et modules d'excitation, l'HyperCube vous donnera accès à la composition détaillée de votre échantillon.