Зависимость радиационной стойкости карбида кремния от температуры облучения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследовано влияние высокотемпературного электронного и протонного облучения на характеристики приборов на основе SiC. Для исследования были использованы промышленные 4H-SiC интегральные диоды Шоттки с базой n-типа проводимости с блокирующим напряжением 600, 1200 и 1700 В производства компании CREE. Облучение проводили электронами с энергией 0.9 МэВ и протонами с энергией 15 МэВ. Обнаружено, что радиационная стойкость SiC-диодов Шоттки при высокотемпературном облучении значительно превышает стойкость диодов при облучении при комнатной температуре. Показано, что этот эффект возникает за счет отжига компенсирующих радиационных дефектов при высокотемпературном облучении. Параметры радиационных дефектов определяли методом нестационарной емкостной спектроскопии глубоких уровней. При высокотемпературном (“горячем”) облучении спектр вводимых в SiC радиационных дефектов существенно отличался от спектра дефектов, вводимых при комнатной температуре. Проведено сравнение радиационной стойкости кремния и карбида кремния. Показано, что относительно небольшая разница в скорости удаления носителей в SiC и Si при облучении при комнатной температуре связана с тем, что в SiC, в отличие от Si, отжиг первичных радиационных дефектов в процессе облучения практически отсутствует.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Лебедев

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: shura.lebe@mail.ioffe.ru
Россия, Санкт-Петербург, 194021

В. В. Козловский

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: vkozlovski@spbstu.ru
Россия, Санкт-Петербург, 195251

М. Е. Левинштейн

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН

Email: shura.lebe@mail.ioffe.ru
Россия, Санкт-Петербург, 194021

К. С. Давыдовская

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН

Email: shura.lebe@mail.ioffe.ru
Россия, Санкт-Петербург, 194021

Р. А. Кузьмин

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН

Email: shura.lebe@mail.ioffe.ru
Россия, Санкт-Петербург, 194021

Список литературы

  1. Choyke W.J. // Inst. Phys.: Conf. Ser. 1977. V. 31. P. 58.
  2. Hallen A., Henry A., Pelligrino P., Swensson B.G., Aberg D. // Mater. Sci. Eng. B. 1999. V. 61–62. P. 378.
  3. Casse G. // J. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2009. V. 598. P. 54.
  4. Metcalfe J., on behalf of the RD50 Collaboration // J. Nucl. Phys. B Proc. Suppl. 2011. V. 215. P. 151. https://www.doi.org/10.1016/j.nuclphysbps. 2011.03.162
  5. Swensson B.G., Hallen A., Linnarson M.K., Kuznetsov A.Yu., Janson M.S., Aberg D., Osterman J., Persson P.O.A., Hultman L., Storasta L., Carlsson F.H., Bergman J.P., Jagadish C., Morvan E. // Material Science Forum. 2001. V. 353–356. P. 349.
  6. Лебедев А.А., Козловский В.В. // ФТП. 2014. T. 48. C. 1329.
  7. Lang D.V. // J. Appl. Phys. 1974. V. 45. P. 3023.
  8. Kozlovski V.V., Strokan N.B., Ivanov A.M., Lebedev A.A., Emtsev V.V., Oganesyan G.A., Poloskin D.S. // Phys. B. 2009. V. 404. P. 4752.
  9. Kalinina E.V., Lebedev A.A., Bogdanova E.V., Lebedev A.A., Berenquier B., Ottaviani L., Violina G.N., Skuratov V.A. // Semiconductors. 2015. V. 4. P. 540.
  10. Hazdra P., Vobecky J. // Phys. Status Solidi. A. 2019. V. 216. P. 1900312. https://doi.org/10.1002/pssa.201900312.
  11. Castaldini A., Cavallini A., Rigutti L., Nava F. // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 85. P. 3780.
  12. Kaneko H., Kimoto T. // Appl. Phys. Lett. 2011. V. 98. P. 262106. https://doi.org/10.1063/1.3604795
  13. Hazdra P., Popelka S. // IET Power Electron. 2019. V. 12. P. 3910. https://doi.org/iet-pel.2019.0049
  14. Vobecky J., Hazdra P., Popelka S., Sharma K.R. // IEEE Trans. Electron Dev. 2015. V. 62. P. 1964. https://doi.org/10.1109/TED.2015.2421503
  15. Castaldini A., Cavallini A., Rigutti L. // Semicond. Sci. Technol. 2006. V. 21. P. 724. https://doi.org/10.1088/0268-1242/21/6/002
  16. Bathen M.E., Lew C.T.-K., Woerle J., Dorfer C., Grossner U., Castelletto S., Johnson B.C. // J. Appl. Phys. 2022. V. 131. P. 140903. https://doi.org/10.1063/5.0077299
  17. Lebedev A.A. Radiation Effects in Silicon Carbide. / Proc. Mater. Res. Forum LLC, Millersville, USA, 2017. V. 6. ISSN 2471-8890; ISBN 978-1-945291-11-1
  18. Lebedev A.A., Kozlovski V.V., Davydovskaya K.S., Levinshtein M.E. // Materials. 2021. V. 14. P. 4976. https://www.doi.org/10.3390/ma14174976
  19. Corbett J.W., Bourgoin J.C. Defect Creation in Semiconductors // Point Defects in Solids, V. 2. Semiconductors and Molecular Crystals. / Ed. Crawford J.H., Slifkin L.M. New York, London: Plenum Press, 1975. P. 1.
  20. Claeys C., Simoen E. Radiation Effects in Advanced Semiconductor Materials and Devices. Berlin: Springer–Verlag, 2002. 401 p.
  21. Lindstrom J.L., Murin L.I., Hallberg T., Markevich V.P., Svensson B.G., Kleverman M., Hermansson J. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2002. V. 186. Iss. 1–4. P. 121.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимости концентрации (Nd – Na) в интегральных диодах Шоттки с блокирующим напряжением 1700 В от дозы облучения электронами при температурах 300 (1); 500 (2); 600 (3) и 800 К (4). Скорости удаления носителей заряда h при этих условиях составляют, соответственно, 0.15, 0.02, 0.0133 и 0.01185 см–1.

Скачать (14KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Прямые вольт-амперные характеристики интегральных диодов Шоттки с напряжением пробоя 1700 В после облучения электронами дозой D = 6 × 1016 см–2 при температурах Ti 300 (1); 600 (2) и 800 К (3). На вставке дана зависимость удельного сопротивления базы ñ от обратной температуры 1/Ti после облучения дозой D = 1.3 × 1017 см–2.

Скачать (14KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимости концентрации нескомпенсированных носителей заряда в интегральных диодах Шоттки с блокирующим напряжением 1700 В от дозы облучения электронами при температурах 300 (1); 600 (2); 700 К (3). Скорости удаления носителей заряда η при этих условиях составляют, соответственно, 54, 13 и 9 см–1.

Скачать (12KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Прямые вольтамперные характеристики интегральных диодов Шоттки с напряжением пробоя 1700 В после облучения протонами с энергией 15 МэВ дозой D = 1 × 1014 см–2 при температурах облучения Ti 300 (1); 600 (2) и 800 К (3).

Скачать (12KB)
Метаданные
6. Рис. 5. НСГУ-спектры интегральных диодов Шоттки с блокирующим напряжением 1700 В до облучения (1) и после облучения электронами с энергией 0.9 МэВ при температурах 300 (1); 600 К (2) и дозах D = 1 и 6 × 1016 см–2 соответственно.

Скачать (17KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Схематическое изображение отжига радиационных дефектов в кремнии и карбиде кремния. Вертикальная линия показывает положение комнатной температуры на оси температур.

Скачать (15KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024