Научная статья на тему 'ОПТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ ПОДЛОЖЕК И ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР КАРБИДА КРЕМНИЯ'

ОПТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ ПОДЛОЖЕК И ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР КАРБИДА КРЕМНИЯ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
134
37
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КАРБИД КРЕМНИЯ / ЭПИТАКСИАЛЬНЫЙ СЛОЙ / ИК-ОТРАЖЕНИЕ / СПЕКТР

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Лучинин Виктор Викторович, Панов Михаил Федорович, Павлова Мария Владимировна, Рыбка Федор Евгеньевич

Карбид кремния SiC - базовый материал современной экстремальной и силовой электроники. Характеризация подложек и многослойных эпитаксиальных композиций на основе SiC требует развития современных методов оперативного контроля. В работе продемонстрированы оптические бесконтактные неразрушающие методы контроля кинетических параметров носителей заряда, толщины слоев, качества поверхности. Использованы методики, в основе которых лежат физические процессы взаимодействия потока фотонов с монокристаллом SiC. С помощью аппроксимации ИК-спектров отражения определены значения концентрации и подвижности носителей заряда, толщины слоев в многослойных эпитаксиальных структурах, а также охарактеризовано качество обработки поверхности подложки. Полученные данные проконтролированы независимыми методами исследований. Предложенный алгоритм комбинированного использования изложенных методов обеспечивает оперативный контроль подложек и эпитаксиальных композиций с достижением воспроизводимых характеристик и функциональных параметров.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Лучинин Виктор Викторович, Панов Михаил Федорович, Павлова Мария Владимировна, Рыбка Федор Евгеньевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

OPTICAL CONTROL OF THE PARAMETERS OF SUBSTRATES AND EPITAXIAL STRUCTURES OF SILICON CARBIDE

Silicon carbide SiC is the basic material of modern extreme and power electronics. Characterization of substrates and multilayer epitaxial compositions based on SiC requires the development of modern methods of operational control. In this work, optical contactless nondestructive methods for controlling the kinetic parameters of charge carriers, layer thicknesses, and surface quality are demonstrated. Methods based on physical processes of interaction between photon flux and SiC monocrystal were used. The values of the concentration and mobility of charge carriers, the layer thicknesses in multilayer epitaxial structures were determined by approximating the IR reflection spectra, and the quality of the substrate surface treatment was characterized. The data obtained have been verified by independent research methods. The proposed algorithm of outlined methods combined use ensures operation control of substrates and epitaxial composition along with reproducible behavior and function parameters obtainment.

Текст научной работы на тему «ОПТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ ПОДЛОЖЕК И ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР КАРБИДА КРЕМНИЯ»

Научная статья УДК 621.3.049.77

ао1:10.24151/1561-5405-2022-27-2-175-186

Оптический контроль параметров подложек и эпитаксиальных структур карбида кремния

В. В. Лучинин, М. Ф. Панов, М. В. Павлова, Ф. Е. Рыбка

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина), г. Санкт-Петербург, Россия

cmid_leti@mail.ru

Аннотация. Карбид кремния SiC - базовый материал современной экстремальной и силовой электроники. Характеризация подложек и многослойных эпитаксиальных композиций на основе SiC требует развития современных методов оперативного контроля. В работе продемонстрированы оптические бесконтактные неразрушающие методы контроля кинетических параметров носителей заряда, толщины слоев, качества поверхности. Использованы методики, в основе которых лежат физические процессы взаимодействия потока фотонов с монокристаллом SiC. С помощью аппроксимации ИК-спектров отражения определены значения концентрации и подвижности носителей заряда, толщины слоев в многослойных эпитаксиальных структурах, а также охарактеризовано качество обработки поверхности подложки. Полученные данные проконтролированы независимыми методами исследований. Предложенный алгоритм комбинированного использования изложенных методов обеспечивает оперативный контроль подложек и эпитаксиальных композиций с достижением воспроизводимых характеристик и функциональных параметров.

Ключевые слова: карбид кремния, эпитаксиальный слой, ИК-отражение, спектр

Финансирование работы: работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России (проект № 03.G25.31.0243).

Для цитирования: Лучинин В. В., Панов М. Ф., Павлова М. В., Рыбка Ф. Е. Оптический контроль параметров подложек и эпитаксиальных структур карбида кремния // Изв. вузов. Электроника. 2022. Т. 27. № 2. С. 175-186. ао1: https://doi.org/10.24151/1561-5405-2022-27-2-175-186

© В. В. Лучинин, М. Ф. Панов, М. В. Павлова, Ф. Е. Рыбка, 2022

Original article

Optical control of the parameters of substrates and epitaxial structures of silicon carbide

V. V. Luchinin, M. F. Panov, M. V. Pavlova, F. E. Rybka

Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI", Saint Petersburg, Russia

cmid_leti@mail.ru

Abstract. Silicon carbide SiC is the basic material of modern extreme and power electronics. Characterization of substrates and multilayer epitaxial compositions based on SiC requires the development of modern methods of operational control. In this work, optical contactless nondestructive methods for controlling the kinetic parameters of charge carriers, layer thicknesses, and surface quality are demonstrated. Methods based on physical processes of interaction between photon flux and SiC monocrystal were used. The values of the concentration and mobility of charge carriers, the layer thicknesses in multilayer epitaxial structures were determined by approximating the IR reflection spectra, and the quality of the substrate surface treatment was characterized. The data obtained have been verified by independent research methods. The proposed algorithm of outlined methods combined use ensures operation control of substrates and epitaxial composition along with reproducible behavior and function parameters obtainment.

Keywords, silicon carbide, epitaxial layer, IR reflection, spectrum

Funding: the work has been supported by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (project No. 03.G25.31.0243).

For citation: Luchinin V. V., Panov M. F., Pavlova M. V., Rybka F. E. Optical control of the parameters of substrates and epitaxial structures of silicon carbide. Proc. Univ. Electronics, 2022, vol. 27, no. 2, pp. 175-186. doi: https://doi.org/10.24151/1561-5405-2022-27-2-175-186

Введение. В карбидокремниевой индустрии основные материаловедческие вопросы связаны с процессами роста объемных монокристаллов и формированием на их основе подложек с требуемыми структурными и электрофизическими параметрами, созданием изотипных и анизотипных эпитаксиальных композиций с протяженными слоями для приборов силовой электроники. Единственный способ постростового управления примесным составом с учетом сверхвысоких температурных и временных параметров диффузии примесей в карбиде кремния SiC - ионное легирование материала. Характе-ризация подложек SiC и получение эпитаксиальных композиций с заданной протяженностью слоев и концентрацией легирующей примеси требуют развития современных методических подходов к оперативному контролю полуфабрикатов карбидокремниевой полупроводниковой индустрии [1, 2].

В настоящей работе рассматривается комплекс оперативных и эффективных оптических методов контроля карбидокремниевых подложек и эпитаксиальных структур в процессе организации производства электронной компонентной базы на основе SiC.

ИК-спектроскопия как метод анализа полупроводниковых структур. В качестве оперативного бесконтактного метода анализа использовали ИК-спектроскопию. Измерения проводили на фурье-спектрометре Nikolet6700 в спектральном интервале 60-6500 см-1, состоящем из среднего и примыкающих к нему участков ближнего и дальнего ИК-диапазонов. По информативности с точки зрения получения данных о подложках и слоях этот участок условно делится на четыре подучастка (табл. 1). У SiC в рассматриваемом спектральном интервале расположены области взаимодействия фотонов с кристаллической решеткой (800-1000 см-1 - область однофононного поглощения, или полоса остаточных лучей), а также со свободными носителями заряда (менее 800 см-1 - область плазмонного резонанса). Эти области по характеру спектрального распределения показателя преломления имеют аномальную дисперсию и представляют собой источник информации о кинетических параметрах носителей заряда и о качестве обработки поверхности, так как нарушенный поверхностный слой является фактором затухания фононов. Также в исследуемом интервале расположена область нормальной дисперсии показателя преломления (более 1500 см-1 - область, удаленная от спектральных линий взаимодействия с решеткой и носителями заряда), позволяющая получать спектральную интерференцию с постоянным периодом, которая является источником данных о толщинах эпитаксиальных слоев.

Таблица 1

Информативность ИК-диапазона при исследовании карбидокремниевых подложек и структур

Table 1

Informative value of the IR range in the study of silicon carbide substrates and structures

Область спектра, см-

Вид дисперсии в области

Определение кинетических параметров носителей заряда

Оценка качества поверхности

Определение толщины слоев

60-800

800-1000

1000-1600

+

Аномальная

+

+

+

1600-6500

Нормальная

+

+

Примечание: + информативен; - неинформативен.

Контроль качества обработки поверхности, в частности параметров тонких нарушенных слоев и шероховатости, можно эффективно осуществлять и другими бесконтактными оптическими методами, такими как эллипсометрия и атомно-силовая микроскопия (АСМ). При определении толщин слоев эти методы дополняют данные спектроскопии, которая в случае сверхтонких поверхностных слоев не позволяет наблюдать спектральную интерференцию.

Определение кинетических параметров носителей заряда. Для определения численных значений концентрации и подвижности носителей заряда использовали моделирование ИК-спектра отражения. Для определения концентрации достаточную информативность имеет диапазон аномальной дисперсии (см. табл. 1, рис. 1). Область 800-1500 см-1 соответствует однофононному взаимодействию (резонансу) фотонов с кристаллической решеткой, главным фактором которого является рассеяние энергии на оптических фононах. В данном спектральном диапазоне область от до ю; отмечена максимальным изменением коэффициента отражения - почти от 0 до 100 % [3]. Длинноволновый край исследованной части спектра (60-800 см-1, дальний ИК-диапазон) -

область плазмонного резонанса, которая характеризуется поглощением фотонов на коллективных колебаниях свободных носителей заряда. Спектр отражения материала позволяет определить параметры плазмонного резонанса, численно связанные с концентрацией и подвижностью носителей.

В настоящем исследовании метод ИК-спек-троскопии отражения связан с последующим моделированием спектров для получения значения параметров, характеризующих плаз-монный резонанс. Области однофононного и плазмонного резонансов смыкаются вблизи 800 см-1, и форму спектра отражения в диапазоне 800-1500 см-1 определяют оба этих эффекта. Поэтому моделирование спектра осуществляли с учетом однофононного и плазмонного резонансов. Расчетный спектр коэффициента отражения строили с использованием диэлектрической функции, аддитивно учитывающей реакцию колебаний решетки (однофононное поглощение) и свободных носителей заряда (плазмонное поглощение) на взаимодействие с фотонами [4]:

Волновое число со, см

Рис. 1. Общий вид спектра коэффициента отражения SiC в области среднего и дальнего

ИК-диапазонов Fig. 1. General view of the spectrum of the reflection coefficient of SiC in the region of the middle and far infrared range

f

б(ш) = !

ш2 -ш2 + i y{ ш2 -ш2 + i yt

ш

\

o(o +i у p )

(1)

где 8да - высокочастотная диэлектрическая проницаемость; ю; и - частоты соответственно продольных и поперечных оптических фононов; ю - частота; у; и yt - коэффициенты затухания соответственно продольных и поперечных фононов; юр - частота плазмонного резонанса; ур - коэффициент затухания плазмонов. Все параметры, кроме безразмерного вда, имеют размерность см-1.

Энергетический коэффициент отражения (1) при нормальном падении света из воздуха имеет вид

R (ш) =

n

(ш)-1

n (ш) +1

Re (^в(ш))-1 + Im (^в(ш))

Re (^в(ш)) +1 + Im (^в(ш))

Расчет спектра отражения структуры подложка - эпитаксиальный слой включает в себя определение двух диэлектрических функций - для подложки в1(ш) и для эпитак-сиального слоя в2(ш), а также коэффициентов отражения Френеля на границах воздух -эпитаксиальный слой г1 и эпитаксиальный слой - подложка г2 [5]:

Г (ш) =

R (ш) = (ш)-1

VS2 (ш) -1

r1 (ш) + r2 (ш)

1 + r (ш)r (ш)e25(ш

JS! (ш)-^ (ш) r2 (ш) = --—■-

VS1 (ш)+>/82 (ш)

2

2

где б(ш) = 2к<3ш^г2 (ш) - обусловливающий спектральную интерференцию фазовый

сдвиг в слое («фазовая толщина слоя»).

Частота плазмонного резонанса связана с концентрацией п свободных электронов соотношением [4]

п =<!4> , (2)

е

где ш' = 2ко/Х= 2кош.

Коэффициент затухания плазмонов ур связан с их подвижностью формулой

Р = . (3)

т у р

Значения параметров ю/, ю?, вда, в0, е, т не зависят от кинетических параметров носителей заряда. Для политипа 4H-SiC [6] = 6,78; ю( = 797 см-1; ю/ = 966,4 см-1; *

т = 0,29т0. Значения параметров юр, ур, у/, зависят от политипа карбида кремния, а также от концентрации и подвижности свободных носителей заряда. Определение их значений как подгоночных параметров дает возможность добиться наилучшей аппроксимации спектра отражения расчетной зависимостью. Параметры у/, у( влияют на высоту и форму пика в области 800-1000 см-1, а концентрация и подвижность свободных носителей связаны с параметрами юр, ур, которые лучшее всего определяют форму спектра отражения в области плазмонного резонанса 60-800 см-1.

Аппроксимацию (моделирование) экспериментальных спектров теоретической зависимостью осуществляли путем подбора значений параметров юр, ур, у/, которые обеспечивали наименьшую суммарную квадратичную разность между точками экспериментальных и расчетных спектров. Результаты численного моделирования спектров отражения для политипа 4Н^С п-типа для образцов с разными порядками концентраций электронов представлены на рис. 2. Там же приведены адаптированные для экспериментальных спектров параметры и рассчитанные по формулам (2) и (3) значения п и д.

у<= 2,5 см"1, у] = 5 см"1

'V

и = 1,981

357 см2/(В-с)

ш„ = 95 см"1, ур = 90 см"1, и = 1,98-1017 см'3,

1000 1500 Волновое число ш, см' а

2000 1

100

80

о?

а;

О 60

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

s х

о £

с-

н

О

40

20

2500

l\ 1 y,= 0,5 см"1, Yi = 5 см"1, Юр = 555 CM"1, yp = 550 см"1,. n = 6,88-1018 CM"3, . ц = 59 см2/(В-с)

500 1000 1500 2000 Волновое число ш, см"' б

2500

Рис. 2. Аппроксимация спектров отражения политипа 4H-SiC с низкой (а) и высокой (б)

концентрациями носителей заряда:-эксперимент; - • - • - расчет

Fig. 2. Approximation of 4H-SiC polytype reflection spectra with low (a) and high (b) concentrations of charge carriers:-experiment; - • - • - calculation

Из рис. 2 видно, что расчетные зависимости имеют хорошее совпадение с экспериментальными. Наблюдаемые в длинноволновой области шумы связаны с пониженным соотношением сигнал / шум на границе рабочего диапазона спектрометра.

Концентрация основных носителей заряда, рассчитанная для подложки, спектр которой представлен на рис. 2, б, по порядку величины совпадает с экспериментально полученным методом эффекта Холла значением для аналогичной подложки. Определенные в настоящей работе пары значений концентрации и подвижности электронов в политипе 4H-SiC коррелируют с экспериментальными зависимостями подвижности от концентрации для этого материала, приведенными в работе [7]. Спектры отражения пластины SiC, характеризующейся политипизмом, для участков 4H-SiC и 6H-SiC совпадают в областях фононного резонанса, однако имеют различное спектральное положение и форму плазмонного минимума. Рассчитанные концентрации свободных носителей составили: п6Н = 1,06-10 см , п4Н = 2,69-10 см . В предположении о равном вхождении атомов примеси в оба политипа получение большей концентрации электронов в политипе 4Н^С, чем в политипе 6Н^С, логично, поскольку известна меньшая глубина залегания примесного уровня азота в политипе 4Н^С, чем в политипе 6Н^С.

Рис. 3. Аппроксимация спектров отражения карбидокремниевых n^n-структур с различной толщиной

эпитаксиального слоя: d = 7,55 мкм (а); d = 24,50 мкм (б) (-эксперимент; - • - • - расчет)

Fig. 3. Approximation of the reflection spectra of a silicon carbide n+-n-structures with different thickness of the epitaxial layer: d = 7.55 |im (a); d = 24.50 |im (b) (-experiment; - • - • - calculation)

Метод аппроксимации позволяет контролировать параметры и карбидокремниевых структур с эпитаксиальным слоем. Количество одновременно определяемых кинетических параметров при этом возрастает вдвое. Но благодаря спектральной интерференции, создаваемой в связи с наличием границы сред, имеющих разную проводимость [8], существует возможность определения и толщины слоя. На рис. 3 приведены экспериментальные спектры отражения для однослойных карбидокремниевых структур с эпи-таксиальным слоем, а также расчетные спектры аппроксимации и адаптированные значения параметров структур. Определенные в результате аппроксимации толщины слоев равны 24,5 и 7,5 мкм. Технологическая толщина для толстого слоя не отличается от определенной из спектра, а для тонкого слоя она составляет 7,55 мкм. Небольшое несовпадение формы смоделированного и экспериментального спектров структур со слоем может быть обусловлено, например, неучетом трудноконтролируемых параметров границы слой - подложка.

Определение толщины многослойных структур. Методом частотного анализа ИК-спектра отражения определены толщины и порядок расположения слоев в политипе 4H-SiC эпитаксиальной структуры карбида кремния. Экспериментально наблюдаемая периодическая форма спектра отражения структуры со слоями является результатом интерференции падающей волны и волн, отраженных от межслойных границ, фаза которых в области нормальной дисперсии (в ИК-диапазоне более 1600 см-1) определяется глубиной залегания границ. В спектре отражения присутствуют компоненты, соответствующие толщине верхнего слоя dn, суммарной толщине верхнего и следующего слоев dn + dn-1 и т. д. Экспериментальные спектры отражения, измеренные для двух политипов 4H-SiC эпитаксиальных структур, представлены на рис. 4, соответствующие им технологические характеристики слоев и результаты измерений приведены в табл. 2.

Каждому периодическому компоненту в области спектральной интерференции в приближении слабоменяющегося показателя преломления (в исследованном диапазоне с малой нормальной дисперсией п « 2,64 [6]) сопоставляется толщина слоя d = (2ш'и)-1 [9],

100

о ь-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1—

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Волновое число ш, см"1

Рис. 4. Экспериментальные спектры отражения: кривая 1 - структура 1; кривая 2 - структура 2 Fig. 4. Experimental reflection spectra: curve 1 - structure 1; curve 2 - structure 2

Таблица 2

Паспортные данные эпитаксиальных структур и результаты фурье-анализа

спектров отражения

Table 2

Passport data of epitaxial structures and the results of Fourier analysis

of the reflection spectra

Номер структуры Номер с лоя (нум ерация от подложки)

Параметр 1 2 3

1 Тип проводимости* + n p + p

Концентрация примеси*, см-3 5 1018 11016 5^ 1018—> 1 • 1020

Толщина , мкм 10 16 5

Толщина по спектру (рис. 5, а), мкм 9,25 16,4 2,05 2,05 1,03

2 Тип проводимости + n p + p

Концентрация примеси , см-3 5-1018 11016 51018— Ы020

Толщина , мкм 10 16 2,5

Толщина по спектру, мкм рис. 5, б 12,7 15,5 1,11 1,11 0,553

рис. 5, в 12,8 15,6 1,11 1,11 0,556

где ш' - период интерференционных спектральных колебаний. В случае многослойной структуры спектральная интерференция проявляется суперпозицией синусоид. Визуальное определение величин отдельных периодов колебаний, в частности низкочастотных «биений», во многих случаях невозможно. Поэтому для определения спектральных составляющих кривой отражения применяли фурье-анализ спектра с использованием программного пакета LabView. В связи с существующей слабой дисперсией показателя преломления в исследованном диапазоне при работе со спектральной кривой из нее удаляли линию тренда.

Корректность обнаружения гармоники в экспериментальном спектре с помощью фурье-преобразования требует, чтобы в анализируемую область укладывалось целое число ее периодов. В противном случае в фурье-образе спектра наблюдаются группы пиков, не соответствующие реальным накладывающимся гармоникам, но находящиеся рядом с реальными пиками. Одновременно амплитуды реальных пиков уменьшаются. Минимизация появления «побочных» пиков и увеличение амплитуды «истинных» достигались корректировкой анализируемого диапазона, направленной на использование при фурье-преобразовании целого числа периодов исследуемой гармоники. Результаты фурье-анализа двух структур, отградуированные в толщинах слоев, приведены на рис. 5. Первый пик соответствует толщине верхнего слоя, второй пик - суммарной толщине верхнего слоя и лежащего под ним и т. д. Минимальная определяемая толщина слоя в соответствии с исследованным диапазоном спектра составляет около 0,5 мкм.

Высокая чувствительность приведенного алгоритма фурье-анализа спектра отражения позволила зафиксировать оптические границы между отдельными подслоями структуры, возникшими в результате, например, поэтапного изменения технологического режима при существенном увеличении уровня легирования. В структуре высоковольтного мезаэпитаксиального 4Н^С р-1-п-диода нар-слое создан р -эмиттер [10] по технологии, описанной в работе [11]. Соответствующие толщинам подслоев пики наблюдаются в представленных на рис. 5, б, в фурье-спектрах, численные значения толщин подслоев приведены в табл. 2. РЭМ-изображение типичной для таких приборных структур области эмиттера представлено на рис. 6. Контраст изображения позволяет наблюдать слои с разной концентрацией акцепторов.

Рис. 5. Результаты фурье-анализа спектров отражения: a - структура 1; б - структура 2 (диапазон 2370-5783 см-1); в - структура 2 (диапазон 1843-5240 см1) Fig. 5. Data of the Fourier analysis of the reflection spectra: a - structure 1; b - structure 2 (range 2370-5783 cm-1); c - structure 2 (range 1843-5240 cm1)

Рис. 6. РЭМ-изображение приборной карбидокремниевой эпитаксиальной структуры в режиме контраста легирования: а - послойный состав; б - состав ^+-эмиттера Fig. 6. SEM-image of the device silicon carbide epitaxial structure, obtained using scanning electron microscopy in the doping contrast mode: a - layer-by-layer composition of the epitaxial structure;

b - composition of the ^-emitter

Характеризация нарушенного поверхностного слоя. Технологический цикл создания приборов на основе SiC в качестве одной из важнейших операций предполагает контроль нарушенного поверхностного слоя и поверхностного рельефа на различных

стадиях обработки поверхности подложек. После каждого этапа обработки (шлифовки, полировки) подложка характеризуется различной толщиной нарушенного слоя - поверхностной области кристалла с показателем преломления, отличающимся от объемного. Этот слой может содержать механические дефекты кристаллической решетки типа суб-нанометровых трещин, а также шероховатости. О существенном несходстве состояний приповерхностной области кристалла свидетельствует различие спектров отражения в области однофононного взаимодействия (рис. 7). С увеличением «развитости» поверхности слегка уменьшается коэффициент отражения и более сглаженным становится максимум. Данные изменения аналогичны изменениям теоретического спектра при увеличении параметра диэлектрической функции - коэффициента затухания поперечных фо-нонов [3]. Повышенное затухание фононных колебаний логично связывать главным образом с большей дефектностью приповерхностного слоя.

Заключение. Бесконтактные неразрушающие методы позволяют контролировать такие параметры карбидокремниевых подложек и эпитаксиальных структур, как характеристики поверхности, кинетические параметры носителей заряда, а также толщины слоев приборных многослойных композиций. В основе использованных методов лежат физические процессы взаимодействия потока фотонов с монокристаллом SiC. Спектральное отражение в области взаимодействия с коллективом фононных и электронных колебаний позволяет получать данные по концентрации и подвижности носителей заряда. Спектральная интерференция на многослойной эпитаксиальной композиции дает возможность осуществлять постростовой контроль толщин приборных структур. Связь качества механической обработки карбидокремниевых подложек и механизма фонон-ных колебаний в приповерхностной области, проявившаяся в спектре отражения, качественно характеризует нарушенный поверхностный слой.

Учитывая острую потребность в развитии управляемых технологий синтеза многослойных карбидокремниевых эпитаксиальных структур как базовых элементов широкой номенклатуры приборов экстремальной электроники (силовые транзисторы, импульсные дрейфовые диоды, высоковольтные p-i-n-структуры и датчики УФ), можно заключить, что предлагаемый алгоритм комбинированного использования изложенных в работе методов обеспечит оперативный контроль подложек и эпитаксиальных композиций с достижением воспроизводимых характеристик и функциональных параметров.

\\l

Vl 2

1 \

LO fro

1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 1/Х,см"'

Рис. 7. Экспериментальные спектры коэффициента отражения подложек на разных этапах обработки поверхности: 1 - необработанный срез; 2 - шлифовка (размер зерна пасты 7-5 мкм); 3 - полировка (размер зерна

пасты 1-0 мкм) Fig. 7. Experimental spectra of the reflectance R of substrates at different stages of surface treatment: 1 - raw slice; 2 - grinding (pasta grain size 7-5 |im); 3 - polishing (pasta grain size 1-0 |im)

Литература

1. Лучинин В. В., Таиров Ю. М. Карбид кремния - алмазоподобный материал с управляемыми на-ноструктурно-зависимыми свойствами // Наноиндустрия. 2010. № 1. С. 36-40.

2. Лучинин В. В. Отечественная экстремальная ЭКБ: карбидокремниевая индустрия СПбГЭТУ «ЛЭТИ» // Наноиндустрия. 2016. № 4 (66). С. 40-51.

3. УхановЮ. И. Оптические свойства полупроводников. М.: Наука, 1977. 366 с.

4. Characterization of carrier concentration and mobility in n-type SiC wafers using infrared reflectance spectroscopy / K. Narita, Y. Hijikata, H. Yaguchi et al. // Japanese Journal of Applied Physics. 2004. Vol. 43. No. 8R. P. 5151-5156. doi: https://doi.org/10.1143/JJAP.43.5151

5. Пшеницын В. И., Абаев М. И., Лызлов Н. Ю. Эллипсометрия в физико-химических исследованиях. Л.: Химия, 1986. 152 с.

6. Handbook of optical constants of solids. Vol. 1-3 / ed. E. D. Palik. San Diego: Academic Press, 1985-1998.

7. Kimoto T., Cooper J. A. Fundamentals of silicon carbide technology: growth, characterization, devices and applications. Singapore: John Wiley & Sons, 2014. XIV, 538 p. doi: https://doi.org/10.1002/9781118313534

8. Панов М. Ф., Растегаев В. П., Корлякова С. А. Спектральная интерференция в карбидокремние-вой п~-п+-структуре // Журнал технической физики. 2014. Т. 84. № 8. С. 151-153.

9. Батавин В. В., Концевой Ю. А., Федорович Ю. В. Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур. М.: Радио и связь, 1985. 264 с.

10. Характеризация функциональных областей карбидокремниевых эпитаксиальных и приборных структур методом РЭМ в режиме контраста легирования / А. В. Афанасьев, В. А. Голубков, В. А. Ильин и др. // Изв. СПбГЭТУ ЛЭТИ. 2020. № 6. С. 72-77.

11. Афанасьев А. В., Ильин В. А., Лучинин В. В., Решанов С. А. Анализ эпитаксии карбида кремния из газовой фазы как базового процесса в технологии силовой электроники. Обзор // Изв. вузов. Электроника. 2020. Т. 25. № 6. С. 483-496. doi: https://doi.org/10.24151/1561-5405-2020-25-6-483-496

Статья поступила в редакцию 29.10.2021 г.; одобрена после рецензирования 29.10.2021 г.;

принята к публикации 22.02.2022 г.

Информация об авторах

Лучинин Виктор Викторович - доктор технических наук, профессор кафедры микро- и наноэлектроники Санкт-Петербургского электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) (Россия, 197376, г. Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 5), cmid_leti@mail.ru

Панов Михаил Федорович - кандидат физико-математических наук, доцент кафедры микро- и наноэлектроники Санкт-Петербургского электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) (Россия, 197376, г. Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 5), 19_panov_59@mail.ru

Павлова Мария Владимировна - магистрант кафедры микро- и наноэлектроники Санкт-Петербургского электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) (Россия, 197376, г. Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 5), cmid_leti@mail.ru

Рыбка Федор Евгеньевич - магистрант кафедры микро- и наноэлектроники Санкт-Петербургского электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) (Россия, 197376, г. Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 5), cmid_leti@mail.ru

References

1. Luchinin V. V., Tairov Yu. M. Silicon carbide, a diamond-like material with controllable nanostructure dependent properties. Nanoindustriya = Nanoindustry, 2010, no. 1, pp. 36-40. (In Russian).

2. Luchinin V. V. Russian electronic components for extreme conditions: silicon carbide industry founded by LETI. Nanoindustriya = Nanoindustry, 2016, no. 4 (66), pp. 40-51. (In Russian).

3. Ukhanov Yu. I. Optical properties of semiconductors. Moscow, Nauka Publ., 1977. 366 p. (In Russian).

4. Narita K., Hijikata Y., Yaguchi H., Yoshida S., Nakashima S. Characterization of carrier concentration and mobility in n-type SiC wafers using infrared reflectance spectroscopy. Japanese Journal of Applied Physics, 2004, vol. 43, no. 8R, pp. 5151-5156. doi: https://doi.org/10.1143/JJAP.43.5151

5. Pshenitsyn V. I., Abaev M. I., Lyzlov N. Yu. Ellipsometry in physical and chemical research. Leningrad, Khimiya Publ., 1986. 152 p. (In Russian).

6. Palik E. D. (ed.) Handbook of optical constants of solids, vol. 1-3. San Diego, Academic Press, 1985-1998.

7. Kimoto T., Cooper J. A. Fundamentals of silicon carbide technology: growth, characterization, devices and applications. Singapore, John Wiley & Sons, 2014. xiv, 538 p. doi: https://doi.org/10.1002/9781118313534

8. Panov M. F., Rastegaev V. P., Korlyakova S. A. Spectral interference in a carbide-silicon n--n+ structure. Technical Physics, 2014, vol. 59, iss. 8, pp. 1252-1254. doi: https://doi.org/10.1134/S1063784214080179

9. Batavin V. V., Kontsevoi Yu. A., Fedorovich Yu. V. Semiconductor materials' and structures' parameters measurement. Moscow, Radio i svyaz' Publ., 1985. 264 p. (In Russian).

10. Afanasev A. V., Golubkov V. A., Ilyin V. A., Luchinin V. V., Ryabko A.A., Sergushichev K. A., Trushlyakova V. V., Reshanov S. A. Characterization of functional areas in silicon carbide epitaxial and device structures by SEM in dopant contrast mode. Izv. SPbGETU LETI = Proceedings of Saint Petersburg Electrotechnical University, 2020, no. 6, pp. 72-77. (In Russian).

11. Afanasev A. V., Ilyin V. A., Luchinin V. V., Reshanov S. A. Analysis of the gas phase epitaxy of silicon carbide as a basic process for power electronics technology. Review. Izv. vuzov. Elektronika = Proc. Univ. Electronics, 2020, vol. 25, no. 6, pp. 483-496. (In Russian). doi: https://doi.org/10.24151/1561-5405-2020-25-6-483-496

The article was submitted 29.10.2021; approved after reviewing 29.10.2021;

accepted for publication 22.02.2022.

Information about the authors

Viktor V. Luchinin - Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Micro- and Nanoelectronics Department, Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI" (Russia, 197376, Saint Petersburg, Professor Popov st., 5), cmid_leti@mail.ru

Mikhail F. Panov - Cand. Sci. (Phys.-Math.), Assoc. Prof. of the Micro- and Nanoelectronics Department, Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI" (Russia, 197376, Saint Petersburg, Professor Popov st., 5), 19_panov_59@mail.ru

Maria V. Pavlova - Master's degree student of the Micro- and Nanoelectronics Department, Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI" (Russia, 197376, Saint Petersburg, Professor Popov st., 5), cmid_leti@mail.ru

Fedor E. Rybka - Master's degree student of the Micro- and Nanoelectronics Department, Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI" (Russia, 197376, Saint Petersburg, Professor Popov st., 5), cmid_leti@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.