Provocationes Ionis Implantation Technology in Sic et GaN Power Devices

Lata bandgap (WBG) semiconductores utPii Carbide(sic) etGallium NitrideExspectantur magis magisque munus in potentia electronicarum machinarum agere. Plures commoda praebent supra Silicon traditum (Si) machinis, incluso efficientiam superiorem, densitatem potentiae, et frequentiam mutandi.Ion implantatioest prima methodus assequendi selectivam doping in Si machinis. Sunt tamen aliquae provocationes cum applicando eam ad machinas latas bandgap. In hoc articulo, aliquas harum provocationum intendunt et eorum potential applicationes in GaN potentiarum machinarum summatim componemus.

01

Plures causas determinare usum practicumdopant materiaein fabrica fabricandis semiconductor:

Humilis ionizationis industria in locis cancellis occupatis. Si has ionizabiles oblatores vadum (pro n-type doping) et acceptores (pro p-typo doping) elementa. Altius energiae gradus intra bandgap resultant in pauperes ionizationis, praesertim in cella temperie, ducens ad conductivity inferiorem pro data dose. Materiae ionizabiles et injectabiles in commercii ion implantatorum. Materiae solidae et gasi mixtorum fons adhiberi possunt, eorumque usus practicus dependet a stabilitate caliditatis, salutis, ion generationis efficientiae, facultatis ad singulares iones pro massa separationis producendi, et ad optatam implantationem profunditatis industriam consequendam.

Source materiae ionizabiles et injectabiles in implantatorum mercatorum ion. Materiae solidae et gasi mixtorum fons adhiberi possunt, eorumque usus practicus dependet a stabilitate caliditatis, salutis, ion generationis efficientiae, facultatem ad singulares iones pro mole separationis producendi, et ad optatam implantationem profunditatis industriam consequendam.

Mensa 1: Communia dopantarum specierum in potentia Sic et GaN inventa

Diffusio rates intra materiam insitam. Alta diffusio rates sub normalibus condiciones furnum post-implantare potest ad junctiones immoderatas et diffusionem dopantem in nonassatis locis de fabrica, inde in turpi fabrica peractas.

Activatio et damnum recuperatio. Dopant activatio infert vacationes generantes in calidis temperaturis, insertas permittens ut a positionibus interstitialibus ad cancellos substitutionis moveatur. Damnum recuperatio gravissima est ad amorem emendandum et defectus crystallos in processu implantationis creatos.

Tabula 1 enumerat aliquas species dopantes communiter adhibitas et vires suas ionizationes in fabrica fabricandi SiC et GaN.

Dum n-typus doping in utroque SiC et GaN relative directus cum dopants vadis, provocatio key in creando p-typo doping per ion implantatio est alta ionizationis vis elementorum promptorum.

02

Quidam clavis implantatio etfurnum characteresGAN includit:

Dissimilis SiC, nulla est significativa utilitas in utendo calida implantatione ad locus temperatus comparatus.

Pro GaN, vulgo n-type dopant Si, ambipolar esse potest, exhibens n-typum et/vel p-typum agendi rationem secundum situm suum occupandi. Hoc pendet a conditionibus incrementi GaN et ad effectus emendas partiales ducunt.

P-doping de GaN magis est provocatio ex alto background electronica concentration in inactum GaNMagnesium (Mg) p-typum dopant postulantes ut materiam in p-typum convertat. Sed doses altae consequuntur in defectibus altos gradus, ducens ad capiendum et recompensationem in altioribus energiae gradibus, unde in dopant activitates pauperum.

GaN in temperaturis altius quam 840°C corrumpit sub pressura atmosphaerica, ducens ad N damnum et formationem guttulis Ga in superficie. Variae formae celeri thermarum furnarum (RTA) et stratorum tutelarum ut SiO2 adhibitae sunt. Temperatura annalium de more inferiorum (<1500°C) comparata cum his adhibitis SiC. Plures modi ut summus pressura, multi-cyclus RTA, proin, et furnum laser attentati sunt. Nihilominus, contactus implantationis obtinens p+ provocatio manet.

03

In verticali potentiae Si et SiC machinis, communis accessus terminationis extremitatis est anulum p-typum doping per implantationem ion creare.Si electivus doping obtineri potest, etiam faciliorem reddit formationem machinis verticalis GaN. Magnesium (Mg) dopant ion implantationis provocationes varias facies, et nonnullae ex his infra recensentur.

1. Maximum ionization potentiale (ut in Tabula I).

2. Vitia generata per processum implantationis ad formationem racemi permanentis ducere possunt, causando deactivationem.

3. Temperatura alta (>1300°C) ad activationem requiruntur. Hoc excedit compositionem caliditatis GaN, methodos speciales necessitatis. Unum exemplum prosperum est usus pressurae altae furnum (UHPA) cum N2 pressione in 1 GPa. Annealing ad 1300-1480°C per 70% activationem consequitur et mobilitatem superficiem bonam ostendit.

4. Ad has altas temperaturas, magnesium diffusio intercedit cum defectibus punctorum in regionibus quassatis, quae in junctionibus gradatim provenire possunt. Imperium Mg distributio in p-GaN e-modus HEMTs provocatio key est, etiam cum processibus incrementi MOCVD vel MBE adhibet.

Figura I: auctus pn confluentes naufragii voltage per mg / N co-plantatio

Co-plantatio nitrogenii cum Mg ostensum est ut activationem dopantium Mg emendare et diffusionem supprimere.Melior activatio tribuitur inhibitionis agglomerationis vacantis per implantationem N, quae faciliorem reddit recombinationem harum vacationum in furnariis temperaturis supra MCC°C. Accedit, quod vacationes ab implantatione N generatae limitant diffusionem Mg, inde in divortia altiora. Haec notio ad verticalem planum GaN MOSFETs per plenam ion implantationis processum fabricare adhibitus est. Proprium on-resistentiae (RDSon) de fabrica 1200V infigo pervenit 0.14 Ohms-mm2. Si hic processus adhiberi potest ad fabricam magnam scalam, sumptus efficax esse potest et sequi communem processum in Si et SiC verticalis potentiae MOSFET fabricationis planarium adhibitum. Ut in Figura I demonstratum, usus methodorum co-plantationis accelerat pn commissuram naufragii.

04

Ob quaestiones praefatas, p-GaN doping typice crevit quam insita mobilitatis electronicae p-GaN e-modus transistorum (HEMTs). Una applicatio implantationis ion in HEMTs est machinae lateralis solitudo. Variae species implantare, ut hydrogenii (H), N, ferri (Fe), argon (Ar), et oxygenii (O), tentatae sunt. Maxime mechanismus comparatur ad laqueum formationis cum damno coniungitur. Utilitas huius methodi comparatio processuum mesa etch solitudo est plana machinatio. Figura 2-1 describitur relatio inter iacum solitarium effectum resistentiae et temperatura furnum post implantationem. Ut in figura ostenditur, resistentias super 107 Ohms/sq obtineri possunt.

Figura 2: Relatio inter iacum solitudo resistentiae et temperatura furnum post varias implantationes GaN solitariae

Etsi complura studia in creandis n+ Ohmicis contactibus in strata GaN implantatione utentibus siliconibus agitata sunt, exsecutio practica provocare potest ob nimias immunditiae concentrationes et cancellos damna proveniens.Una motivatio pro implantatione Si utendi est ut contactus humilis resistentiae consequatur per processum Si CMOS compatibiles vel processus post metallum mixturae subsequentis sine usu auri (Au).

05

In HEMTs, implantatio fluorini low-dosis (F) inditas voltage (BV) machinarum naufragii augere adhibita est per electronegativity validae F leveraging. Formatio negativae regionis in posteriori 2-DEG electronico gasi iniectionem electrons in regiones altas supprimit.

Figura 3: (a) Notae deinceps et (b) contra IV linearum verticalium SBD emendationem ostendentes post F implantationem

Alia interesting applicatio implantationis ion in GaN est usus F implantationis in verticali Schottky Obex Diodes (SBDs). Hic, F implantatio fit in superficie proxima ad verticem anode contactum creare summus resistentiae extremae regionis terminationem. Vena e converso, ut patet in Figura 3, reducitur ad quinque ordines magnitudinis, BV autem augetur.**