Micro- and nano-structural characterization of silicon carbide and related materials, for power devices, using TEM

Abstract

Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται τον Μικρο- και Νανο-δομικό χαρακτηρισμό του Ανθρακοπυριτίου (SiC) για ημιαγωγικές διατάξεις ισχύος, με τη χρήση Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Διέλευσης (TEM).Πιο συγκεκριμένα, μελετάται η επιφάνεια και η ενδοεπιφάνεια του 4Η-SiC με προσμίξεις Ge. Διαπιστώνεται ότι σχηματίζονται νησίδες Ge στην επιφάνεια του SiC οι οποίες έχουν συγκεκριμένες σχέσεις προσανατολισμού του πλέγματος της νησίδος με αυτό του υποβάθρου, παρ’ όλη την πολύ μεγάλη πλεγματική τους διαφορά. Με τον συνδυασμό φασματοσκοπίας Raman και ανάλυσης XPS διαπιστώνεται η δημιουργία φυλλιδίων γραφενίου και γραφίτη, που σχηματίζονται από την χημική αντίδραση του Ge με την επιφάνεια του 4Η-SiC. Επιπλέον ένας λεπτομερής δομικός χαρακτηρισμός με τη χρήση ηλεκτρονικής μικροσκοπίας διέλευσης και τη συμβολή της φασματοσκοπίας Raman σε κρυστάλλους 15R-SiC απέδειξε ότι τα επίπεδα διδυμίας συνδέονται με την επιστοίβαση διπλών στρωμάτων Si-C του τύπου (22) ή/και (33), παράλληλα του επιπέδου (0001), όπως επίσης την διπλή κρυσταλλική φύση του υλικού με την σύγχρονη παρουσία 4H- και 15R-SiC μαζί με την σχετιζόμενη με παραμόρφωση σπάνια παρουσία 3C-SiC. Τέλος, οι τεχνικές STEM και EDS χρησιμοποιήθηκαν για την μελέτη της σύστασης και των διεργασιών διάχυσης των ωμικών επαφών Ti/Al/Ti/Au και Ti/Al/Mo/Au σε ετερο-επαφές GaN/AlGaN/GaN. Η μελέτη με τις τεχνικές STEM και EDS έδειξαν ότι η διάχυση στην επαφή με το Mo είναι μικρότερη σε σύγκριση με αυτή της επαφής με το Ti. Παρά το υψηλό σημείο τήξης του Mo, το οποίο δεν διαλύει τον χρυσό, το στρώμα του Mo δεν εμποδίζει τη διάχυση του Au και του Al στους 800ο C. Η μελέτη δεν έδειξε μεγάλες διαφορές στη σύσταση των ενώσεων, που σχηματίζονται και στις δύο περιπτώσεις μετά την ανόπτηση, η οποία εξηγεί την μικρή εξάρτηση της ωμικής αντίστασης της επαφής από το μεταλλικό στρώμα που χρησιμοποιείται.