சிலிக்கான் கார்பைடு அயன் இம்ப்லாண்டேஷன் மற்றும் அனீலிங் செயல்முறை அறிமுகம்

சிலிக்கான் கார்பைடு சக்தி சாதனங்களின் ஊக்கமருந்து செயல்முறைகளில், பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் டோபண்டுகளில் நைட்ரஜன் மற்றும் பாஸ்பரஸ் ஆகியவை n-வகை ஊக்கமருந்து, மற்றும் அலுமினியம் மற்றும் போரான் ஆகியவை அடங்கும், அவற்றின் அயனியாக்கம் ஆற்றல்கள் மற்றும் கரைதிறன் வரம்புகள் அட்டவணை 1 இல் வழங்கப்பட்டுள்ளன (குறிப்பு: அறுகோண (h ) மற்றும் கன (k)).

▲அட்டவணை 1. SiC இல் உள்ள முக்கிய டோபண்டுகளின் அயனியாக்கம் ஆற்றல்கள் மற்றும் கரைதிறன் வரம்புகள்

SiC மற்றும் Si இல் உள்ள முக்கிய டோபண்டுகளின் வெப்பநிலை சார்ந்த பரவல் குணகங்களை படம் 1 விளக்குகிறது. சிலிக்கானில் உள்ள டோபண்டுகள் அதிக பரவல் குணகங்களை வெளிப்படுத்துகின்றன, இது 1300 டிகிரி செல்சியஸ் உயர் வெப்பநிலை பரவல் ஊக்கமருந்து அனுமதிக்கிறது. இதற்கு நேர்மாறாக, சிலிக்கான் கார்பைடில் உள்ள பாஸ்பரஸ், அலுமினியம், போரான் மற்றும் நைட்ரஜனின் பரவல் குணகங்கள் கணிசமாகக் குறைவாக இருப்பதால், நியாயமான பரவல் விகிதங்களுக்கு 2000°Cக்கு மேல் வெப்பநிலை தேவைப்படுகிறது. உயர்-வெப்பநிலை பரவல் பல்வேறு சிக்கல்களை அறிமுகப்படுத்துகிறது, பல பரவல் குறைபாடுகள் மின் செயல்திறனைக் குறைக்கும் மற்றும் பொதுவான ஒளிச்சேர்க்கை முகமூடிகளின் இணக்கமின்மை, சிலிக்கான் கார்பைடு ஊக்கமருந்துக்கான ஒரே தேர்வாக அயனி பொருத்துதல் ஆகும்.

▲படம் 1. SiC மற்றும் Si இல் உள்ள முக்கிய டோபண்டுகளின் ஒப்பீட்டு பரவல் மாறிலிகள்

அயனி பொருத்துதலின் போது, ​​அடி மூலக்கூறின் லட்டு அணுக்களுடன் மோதுவதன் மூலம் அயனிகள் ஆற்றலை இழக்கின்றன, இந்த அணுக்களுக்கு ஆற்றலை மாற்றுகின்றன. இந்த மாற்றப்பட்ட ஆற்றல் அணுக்களை அவற்றின் லட்டு பிணைப்பு ஆற்றலில் இருந்து வெளியிடுகிறது, அவை அடி மூலக்கூறுக்குள் நகர்ந்து மற்ற லட்டு அணுக்களுடன் மோதி, அவற்றை வெளியேற்ற அனுமதிக்கிறது. கட்டற்ற அணுக்களுக்குப் போதுமான ஆற்றல் இல்லாதவரை இந்தச் செயல்முறை தொடர்கிறது.

பெருமளவிலான அயனிகள் சம்பந்தப்பட்டிருப்பதால், அயனி இம்ப்லான்டேஷன் அடி மூலக்கூறு மேற்பரப்புக்கு அருகில் விரிவான லேட்டிஸ் சேதத்தை ஏற்படுத்துகிறது, அளவு மற்றும் ஆற்றல் போன்ற உள்வைப்பு அளவுருக்கள் தொடர்பான சேதத்தின் அளவு. அதிகப்படியான அளவுகள் அடி மூலக்கூறு மேற்பரப்புக்கு அருகிலுள்ள படிக அமைப்பை அழித்து, அதை உருவமற்றதாக மாற்றும். இந்த லேட்டிஸ் சேதம் ஒரு ஒற்றை-படிக அமைப்பில் சரி செய்யப்பட வேண்டும் மற்றும் அனீலிங் செயல்பாட்டின் போது டோபண்டுகளை செயல்படுத்த வேண்டும்.

உயர் வெப்பநிலை அனீலிங் அணுக்கள் வெப்பத்திலிருந்து ஆற்றலைப் பெற அனுமதிக்கிறது, விரைவான வெப்ப இயக்கத்திற்கு உட்படுகிறது. குறைந்த இலவச ஆற்றலுடன் ஒற்றை-படிக லட்டுக்குள் அவை நிலைகளுக்குச் சென்றவுடன், அவை அங்கேயே குடியேறுகின்றன. இதனால், அடி மூலக்கூறு இடைமுகத்திற்கு அருகில் உள்ள சேதமடைந்த உருவமற்ற சிலிக்கான் கார்பைடு மற்றும் டோபண்ட் அணுக்கள் ஒற்றை-படிக அமைப்பை லேட்டிஸ் நிலைகளில் பொருத்தி, லட்டு ஆற்றலால் பிணைக்கப்படுகின்றன. இந்த ஒரே நேரத்தில் லேட்டிஸ் பழுது மற்றும் டோபண்ட் செயல்படுத்துதல் ஆகியவை அனீலிங் போது நிகழ்கின்றன.

SiC இல் டோபண்டுகளின் செயல்பாட்டு விகிதங்கள் மற்றும் அனீலிங் வெப்பநிலைகளுக்கு இடையிலான உறவை ஆராய்ச்சி தெரிவித்துள்ளது (படம் 2a). இந்த சூழலில், எபிடாக்சியல் லேயர் மற்றும் அடி மூலக்கூறு இரண்டும் n-வகை, நைட்ரஜன் மற்றும் பாஸ்பரஸ் 0.4μm ஆழத்தில் பொருத்தப்பட்டு மொத்த அளவு 1×10^14 cm^-2 ஆகும். படம் 2a இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, நைட்ரஜன் 1400 டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பநிலையில் 10% க்கும் குறைவான செயல்படுத்தும் விகிதத்தை வெளிப்படுத்துகிறது, 1600 ° C இல் 90% அடையும். பாஸ்பரஸின் நடத்தை ஒத்ததாக உள்ளது, 90% செயல்படுத்தும் விகிதத்திற்கு 1600 டிகிரி செல்சியஸ் அனீலிங் வெப்பநிலை தேவைப்படுகிறது.

▲படம் 2a. SiC இல் உள்ள பல்வேறு அனீலிங் வெப்பநிலைகளில் வெவ்வேறு கூறுகளின் செயல்படுத்தல் விகிதங்கள்

பி-வகை அயன் பொருத்துதல் செயல்முறைகளுக்கு, போரானின் முரண்பாடான பரவல் விளைவு காரணமாக அலுமினியம் பொதுவாக டோபண்டாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. n-வகை உள்வைப்பைப் போலவே, 1600 டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பநிலையில் அனீலிங் செய்வது அலுமினியத்தின் செயல்பாட்டு விகிதத்தை கணிசமாக அதிகரிக்கிறது. இருப்பினும், நெகோரோ மற்றும் பலர் மேற்கொண்ட ஆராய்ச்சி. 500°C இல் கூட, தாள் எதிர்ப்பானது அதிக அளவு அலுமினியம் பொருத்துதலுடன் 3000Ω/சதுரத்தில் செறிவூட்டலை அடைந்தது, மேலும் அளவை அதிகரிப்பது எதிர்ப்பைக் குறைக்கவில்லை, அலுமினியம் இனி அயனியாக்கப்படாது என்பதைக் குறிக்கிறது. எனவே, அதிக அளவில் டோப் செய்யப்பட்ட p-வகை பகுதிகளை உருவாக்க அயன் பொருத்துதலைப் பயன்படுத்துவது ஒரு தொழில்நுட்ப சவாலாகவே உள்ளது.

▲படம் 2b. செயல்படுத்தும் விகிதங்கள் மற்றும் SiC இல் வெவ்வேறு கூறுகளின் அளவு ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான உறவு

டோபண்டுகளின் ஆழம் மற்றும் செறிவு ஆகியவை அயனி பொருத்துதலில் முக்கியமான காரணிகளாகும், இது சாதனத்தின் அடுத்தடுத்த மின் செயல்திறனை நேரடியாக பாதிக்கிறது மற்றும் கண்டிப்பாக கட்டுப்படுத்தப்பட வேண்டும். செகண்டரி அயன் மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோமெட்ரி (சிம்ஸ்) டோபண்டுகளின் ஆழம் மற்றும் செறிவை அளவிடுவதற்குப் பயன்படுத்தப்படலாம்.**