Síntese de SiC por implantação de C em SIMOX

Roberto M.S. dos ReisRogério L. MaltezHenri Boudinov

Introdução

• Estabilidade térmica e químicaDispositivos de potência : MOSFET’s , BT

• “Gap” grande 3C - SiC: 2,2 eV; 6H - SiC:2,9 eV ;4H - SiC: 3.3 eVLED’s , Fotodiodos

3C

4H6H

SiC

Introdução

• Substrato p/GaN

SubstratoParâmetro de Rede

basal (Å)Relação

Substr./ GaN

Condutividade térmica

(W cm-1 K-1)

GaN a = 3,189 1,3

Safira a = 4,758 -33% 0,5

H-SiC/ C-SiC(111) a = 3,08 +3,5% 4,9

Si(111) a = 3.84 -17% 1,5

Melhor ajuste epitaxial, dissipação térmica e potencialvia de integração de GaN com tecnologia em SilícioSiC

Ion beam synthesis of cubic-SiC layer on Si(111) substrateR. L. Maltez,R. M. de Oliveira, R. M. S. dos Reis,H.Boudinov . JAP 100 (2006)

• Implantações c/ dose de 4x1017 cm-2

40kev; 600°C em Si(111) e SiO2/Si(111) .Rec. 1250°C (Ar c/ 1% O2 e O2)

• SiC cúbico e epitaxial ao substrato

• RBS/C mostraram SiC estequiométrico(∓1%) e χmin= 85% p/ implantações em Si(111)

• O procedimento feito sobre SiO2/Si(111) mostrou vantagens no ponto de vista de superfície.

Como - implantado Implantado em SiO2/Si(111) + Rec. Ar

Objetivos

• Melhorar a qualidade cristalina

• Estabelecer os fatores mais determinantes na qualidade

• Implantações intercaladas por recozimentos

• Otimização da dose de implantação

• Síntese sobre SOI

Abordagens

O+

Si(111) Tratamento térmico

Si(111)

Si(111)SiO2

SIMOX (Separation By IMplantation of OXygen)

Procedimento Experimental• E = 40KeV – T=600°C

C+

Rp=1100 ÅΔRp=250 Å

SiO2

Si(111)

Si(111)

Deposição de SiO2

por CVD

630 Å

SiO2

Si(111)

Si(111)

SiO2630 Å ~1000 Å

Procedimento Experimental

• Tratamento térmico à 1250 °C Ar c/1% de O2

RBS/Canalização

• TEMEstruturas sintetizadas

Qualidade/defeitos estruturais

Composição (Simulação-RBS)Avaliação estrutural (Canalização)

Análises por:

Resultados RBS/C

Implantação por partes em SIMOX(111)

Si0,41C0,59Si0,6C0,4

Rodada Φ/rodada Total X (Si1-xCx)

1 1x1017cm-2 1x1017cm-2 0.25

2 0.3x1017cm-2 1.3x1017cm-2 0.30

3 0.5x1017cm-2 1.8x1017cm-2 0.43

4 0.5x1017cm-2 2.3x1017cm-2 0.59

C incorporado no SiO2

Si0,56C0,44

Si0,60C0,40

Si0,5C0,5

C incorporado no SiO2

SiO2

Implantação Única com dose (Φ =2.3x1017 cm-2 )em SIMOX(111)

C incorporado no SiO2

Rec.c/SiO 2

Rec.s/SiO2

Si0,68C0,32

Si0,5C0,5

C incorporado no SiO2

• RBS/C

SIMOX630Rec. c/ SiO2

SIMOX630Rec. s/ SiO2

SiO2

Implantação Única com dose (Φ =4x1017 cm-2 ) em SIMOX(111)

Rec s/SiO2

Rec c/SiO 2

Si0,5C0,5

Si0,65C0,35

Si0,47C0,53

Si0,5C0,5

• RBS/C

Resultados TEM

• TEM (BF/DF/SAD)

Por partesΦ =2.3x1017 cm-2

Imp. ÚnicaΦ =2.3x1017 cm-2

Rec. s/SiO2

Imp. ÚnicaΦ =4x1017 cm-2

Rec. s/SiO2

• TEM (BF/DF/SAD)

• HRTEM

Por partesΦ =2.3x1017 cm-2

Imp. ÚnicaΦ =2.3x1017 cm-2

Rec. s/SiO2

Imp. ÚnicaΦ =4x1017 cm-2

Rec. s/SiO2

Conclusões

• Foram obtidas estruturas do tipo SiC/SiO2/Si(111)

• Medidas TEM demonstram SiC cúbico.

• RBS/C mostra que dose menor é suficiente para estequiometria

(2,3 1017 cm-2 ao invés de 4 1017 cm-2)

• Até 2,3 1017 cm-2, intercalada por recozimentos, não trouxe melhoria;

• Difração de área selecionada nas amostras implantadas com dose 2,3

1017 cm-2 (partes e única) demonstra existência de regiões ricas em Si.

• A presença de interfaces com SiO2 reduz a redistribuição do Carbono

imediatamente durante a implantação:

(baixa da dose suficiente para estequiometria)

• A qualidade cristalina é mais afetada pelo excesso de carbono do que

pelo tensionamento produzido pelo substrato Si.

Implantações sobre SIMOX(111)