Caratterizzazione di strati epitassiali di 4H-SiC mediante diodi Schottky.
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Caratterizzazione di strati epitassiali di 4H-SiC mediante diodi Schottky
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Caratterizzazione di strati epitassiali di 4H-SiC mediante diodi Schottky
Outline
• Chuck Karl Suss: problematiche sperimentali e loro soluzione.
• Misura della mobilità di drift in strati epitassiali CREE 4H
• Caratterizzazione di strati epitassiali depositati da ETC
SUSS – MICROTECPROBE SYSTEM PA300
Caracteristics:
XY movement range: 310 mm (12”)
Resolution: 0.5 m
Accuracy: ± 4 m
Temperature range: 25°C 300°C
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,410-11
10-10
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
ETCsample 204A
300 K 325 K 350 K 375 K 400 K 425 K 450 K 475 K ANALISI ST - 300 K
Cur
rent
(A
)
Bias (V)
Resistenza serie del chuck
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,010-11
10-10
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
DOPE 1B8325 °C - 200 °C
Cur
rent
(A
)
Reverse bias (V)
Ripetibilità resistenza serie del chuck
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,210-10
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
analisi ST chuck nuovo Kelvin Kelvin + pompa
CREEsample 907
Cur
rent
(A
)
Bias (V)
Rchuck= 0.5 now Rchuck=10 ÷ 2.5 m
-200 -150 -100 -50 010
-11
10-10
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
ETC SAMPLE 204
300 K 325 K 350 K 375 K 400 K 425 K
450 K 475 K
Cur
rent
(A
)
Reverse bias (V)
KEITHLEY 4200
-600 -500 -400 -300 -200 -100 010
-10
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
269 200°C 175°C 150°C 125°C 100°C 75 °C 50 °C 25 °C
Cur
rent
(A
)
Reverse bias (V)
KEITHLEY 2410
4H - SiC
Misura della mobilità di drift in funzione della temperatura
Experimental
Epitassia CREE
Spessore 6 m
Drogaggio 1.18 x1016/cm3
Diodi in Ti bondati in TO220
100 200 300 400 500 6000.0
5.0x1012
1.0x1013
1.5x1013
2.0x1013
t = 2 ms
Tra
p co
ncen
trat
ion
(cm
-3)
Temperature (K)
Z1/ Z
2 E
c- 0.68 eV
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,810
-9
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
CREET
min = 80 K
Tmax
= 700 KT = 20 K
Cur
rent
(A
)
Forward bias (V)
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8
0.2
0.4
0.6
0.8
1.04H - SiC
700 K
80 K
T = 20 K
Cur
rent
(A
)
Forward bias (V)
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,81E-9
1E-8
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
0,01
0,1
1C
urre
nt (
A)
Forward bias (V)
1
)(exp
nkT
IrVqII s
s
kT
qATAI B
s exp2*
baxy
per V >> Irs
bTAAkTq
kTa
qn
nkT
qVII
B
s
2*ln
1exp
0 100 200 300 400 500 600 7000.7
0.8
0.9
1.0
1.1
Bar
rier
hei
ght (
eV)
Temperature (K)0 100 200 300 400 500 600 700
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
Idea
lity
fact
or n
Temperature (K)
kT
qATAI B
s exp2*
20 40 60 80 100 120 14010-52
10-42
10-32
10-22
10-12 AA
*= 50 x 10
-3 (A/K
2)
A = 0.69 mm2
A* = 7.28 (A/cm
2K
2)
I s/T2 (
A/K
2 )
1/kBT (eV-1)
kT
qAA
T
I Bs *
2lnln
*ln AAb
CALCOLO DI RS
Metodo di Norde
2*ln
2 TAA
I
q
kTVVFN
minqI
kTRs
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.80.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
F NO
RD
E
Forward bias (V)
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,810
-9
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
T = 300 KR = 0.605 (Norde)n = 1.04
Cur
rent
(A
)
Forward bias (V)0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
T = 300 KR = 0.565 (fit)n = 1.04
Cur
rent
(A
)Forward bias (V)
R = Repi + Rsub + Rc + Rchuck
0 100 200 300 400 500 600 7000.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Rep
i ()
Temperature (K)
Free electron concentrationNitrogen in 4H-SiC
impurity levels: 66, 124 meV
0 2 4 6 8 10 1210
13
1014
1015
1016 E
D = 100 meV
Free
ele
ctro
n co
ncen
trat
ion
(cm
-3)
1000/T (K-1)
kT
E
N
g
kT
E
N
gN
TND
c
c
D
c
cD
exp2
exp411
)(
2/3
2
*22
h
kTmN e
C
100 100010
100
1000
10000
Mob
ility
(cm
2 /Vs)
T (K)
1014
1015
1016
Free electron concentration (cm-3)
AeNR
W
epiepi
epi
LI 111
Mobility
II N
T 2/3
2/3TL1
2/3
CT
B
T
A
C 3
Analisi su epitassia ETC
Caratteristiche campione:
Substrato SiCrystal: resistività: 0.018 cm
Strato epitassialeSpessore: 6 m
Concentrazione N : 1.38 x 1016 cm-3
Parametri di crescita dello strato epitassiale (ETC):C/Si = 2
Si/H2 = 0.04 %
Flusso H2 = 150 slm
Temperatura : 1600°C
Difetti: 54 cm-2 (micropipes, particles and carrot)
A = 0.25 mm2
Yield: 90 %
2 diodi con I(V= -200V) < 1x10-7A
1 diodo con I(V= -200V) < 1x10-7A + 1 diodo con I(V= -200V) > 1x10-7A
2 diodi con I(V= -200V) > 1x10-7A
sample 382
Yield: 74 %
I (V= -200V) < 1x10-7A
1x10-7A < I (V= -200V) < 1x10-5A
I (V= -200V) > 1x10-5A
A = 1 mm2
A = 2 mm2
Yield: 61 %
I (V= -200V) < 1x10-7A
1x10-7A < I (V= -200V) < 1x10-5A
I (V= -200V) > 1x10-5A
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,50
20
40
60
80
100SAMPLE 382
Yie
ld (
%)
Diode area (mm2)
Andamento della resa con l’area del diodo
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,010
-10
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
A = 1 mm2
n = 1.06 + 0.03 q = (1.60 +0.03) eVRs parte sup = (0.20 + 0.04) Rs parte inf = (0.30 + 0.11)
Cur
rent
(A
)
Forward bias (V)
-9 -8 -7 -60,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Nor
mal
yzed
yie
ld
Sample: 382
Iavg= 9 x 10-9 A
10 10 10 10
Reverse leakage current at -200V (A)
A = 1 mm2
382Yield 68%a V = -600V
-7 -6 -5 -40.0
0.2
0.4
0.6
0.8
Nor
mal
yzed
yie
ld
Iavg
= 2 x 10-6 A
10 10 10 10
Reverse leakage current at -600V (A)
A = 1 mm2
-600 -500 -400 -300 -200 -100 010
-10
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
Diode #13
25 C 50 C 75 C 100 C 125 C 150 C 175 C 200 C 225 C 250 C 275 C 300 C
Rev
erse
cur
rent
(A)
Reverse bias (V)
Conclusioni• Sono stati risolti i problemi relativi alla resistenza del chuck troppo alta mediante un Kelvin sul chuck e una nuova pompa.
• I livelli di rumore sono bassi con il Keithley 4200 (I<10-11 A), più alti con il Keithley 2410 (I>10-9 A).
• E stata misurata la mobilità su strato epitassiale CREE 4H ( 700 cm2/(V s) a 300 K) in un ampio range di temperature (80-700 K).
• E’ stato eseguito un fit dei dati sperimentali della mobilità al variare della temperatura.
• Si è iniziata la caratterizzazione dei wafer epitassiali ETC che mostrano una buona resa anche su diodi di area grande (2 mm2).
• Esiste una disuniformità di drogante fra parte alta e flat.
• La corrente di leakage è inferiore a 100 A fino a 600 V (VBD>800 V).
