Příprava, modifikace a charakterizace materiálů energetickým zářením

Transkript

1 Příprava, modifikace a charakterizace materiálů energetickým zářením ČVUT Praha, fakulta elektrotechnická, Praha 6

2 Řešitelský tým FEL - ČVUT v Praze, katedra mikroelektroniky Jan Vobecký garant, člen Rady centra Pavel Hazdra - člen Rady centra Volodymyr Komarnitskyy vědecký pracovník Václav Prajzler - vědecký pracovník

3 v centru V007: Lokální řízení doby života křemíkových polovodičových diod radiačními metodami (aplikovaný výzkum) Cíl: zavedení moderních metod řízení doby života v Si (ozařování H + ) v Polovodiče a. s. Praha a prezentace praktického využití urychlovače. Realizováno v roce 2007 a úspěšně ukončeno. Dále již nepokračuje.

4 v centru V008: Studium nízkoteplotní difúze paladia v křemíku stimulované radiačními poruchami (základní výzkum) Cíl: ověření, zda difúze implantovaného Pd vede v Si diodách k lokalizaci Pd v místě radiačního poškození (He 2+ ) při teplotách o C. Porovnání naprašovaného a implantovaného Pd. Realizace: ověřeno na diodách z Polovodiče a. s. 1. Implantace Pd 3+ (9.5MeV, 2007: 1x10 13, 2008: 1x10 14 cm -2 ) FZR 2. Žíhání o C 3. Implantace He 2+ (10, 12 MeV, 1x10 12 cm -2 ) FZR 4. Žíhání o C 5. Testování

5 V008 výsledky v roce 2008 Studium nízkoteplotní difúze paladia v křemíku stimulované radiačními poruchami Carrier Concentration (cm -3 ) P + P P - N - N + new layer Std diode RED diode Position (µm) Difúze Pd z naprášené vrstvy s tl nm (He 2+ : 12MeV). Výsledky: Vyšší V br a SOA než u H + a He 2+, vysoká reprodukovatelnost možnost praktického zavedení výkonové diody RED. Polovodiče a. s. U br =2.5kV I FAV =150A A = 2 cm 2 ISPS'08 9th INTERNATIONAL SEMINAR ON POWER SEMICONDUCTORS

6 V008 výsledky v roce 2008 Studium nízkoteplotní difúze paladia v křemíku stimulované radiačními poruchami 91 mm 51 mm 16 mm Difúze Pd z naprášené vrstvy (H + 3.6MeV, He 2+ 14MeV) na 4. Výsledky: Prokázána vysoká homogenita procesu RED na substrátu 4 RED proces vhodný pro průmyslové využití.

7 V008 výsledky v roce 2008 Studium nízkoteplotní difúze paladia v křemíku stimulované radiačními poruchami Polovodiče a. s. U br =2.5kV I FAV =150A A = 2 cm 2 Difúze Pd z implantované vrstvy Pd 3+ (9.5MeV, 1x10 14 cm -2 ). Výsledky: Lokalizace Pd v místě radiačního poškození He 2+ 12MeV, 1x10 12 cm -2 Kompenzace N-báze prokázána s dávkami Pd nad 1x10 14 cm -2. Modifikace parametrů radiačním poškozením Pd 9.5MeV cm -2 ISPS'08 9th INTERNATIONAL SEMINAR ON POWER SEMICONDUCTORS

8 v centru V009: Studium radiačních poruch v polovodičích (základní výzkum) Cíl: Získání nových poznatků o vlastnostech, teplotní stabilitě a vzájemné interakci s intrinsickými a extrinsickými poruchami. V009: Studium radiačních poruch v polovodičích (aplikovaný výzkum) Cíl: Implementace získaných poznatků o technologii radiačních poruch v moderních výkonových součástkách (diody, IGBT).

9 V009: Studium radiačních poruch v polovodičích (základní výzkum) Testovací struktury: diody vyrobené na různých typech Si substrátu <111> FZ a CZ Si ON-Semiconductor <100> FZ Si ABB A. Studium vlivu radiačních a intrinzických poruch na vznik mělkých donorů v křemíku po implantaci vodíku a následném žíhání ÚJF Implantace H + (0.7 a 1.3 MeV cm -2 ) a O 5+ (12 MeV cm -2 ) FEL Poimplantační žíhání (do 600 o C) a charakterizace B. Vliv implantace helia na generaci termodonorů v křemíku ÚJF Implantace He 2+ (2.4 a 7 MeV x10 11 cm -2 ) FEL Izotermální žíhání při teplotách 370 až 410 o C a charakterizace C. Interakce implantovaného vodíku do křemíku s kontaminanty (Pt) ÚJF Implantace H + (1.8 MeV cm -2 ) FEL Příprava Pt dotovaných vzorků, žíhání do 400 o C a charakterizace MU Hydrogenace referenčních vzorků rf plazmatem

10 V009 Výsledky v roce 2008 (základní výzkum A) ON-Semiconductor <111> CZ a FZ Si Si materiál s různým obsahem O i Excess Donor Concentration (10 15 cm -3 ) H kev protons 1x10 14 cm -2 FZ OL as implanted CZ annealed at 475 o C FZ OL annealed at 475 o C donors Depth (µm) Proton Concentration (10 17 cm -3 ) Sheet Concentration of Excess Donors (cm -2 ) FZ-Si oxygen rich oxygen-lean FZ 700 kev oxygen-rich FZ 1.8 MeV CZ 700 kev CZ as implanted annealed at 475 o C FZ-Si oxygen lean Proton Fluence (cm -2 ) 1 H + Implantace H + pro nízkoteplotní tvorbu vrstev mělkých donorů Výsledky: charakterizace vlivu substrátu, dávky a teploty žíhání nalezení vhodných podmínek zanášení pro tvorbu hlubokých n-vrstev

11 V009 Výsledky v roce 2008 (základní výzkum B) FZ Si:O implantace He + žíhání na vzduchu TD Concentration (10 13 cm -3 ) 25 7 MeV He 2+ 1x10 11 cm -3 T a = 380 o C 20 Time (min) Depth (µm) Primary Vacancies (10 19 cm -3 ) TD Concentration (10 13 cm -3 ) difúze vodíku stimulace reakce VO+O i VO 2 t 1 t 2 t 3 t 4 t Depth (µm) limitace koncentrací O i Vliv implantace He + na anomální tvorbu mělkých donorů v Si Výsledky: identifikace mechanismu zvýšené tvorby termodonorů odhalení vlivu vodíku, role radiačních poruch a atmosféry při žíhání

12 V009 Výsledky v roce 2008 (základní výzkum C) FZ Si lokálně dotovaný Pt Concentration (10 13 cm -3 ) lokálně vytvořené 1.0 komplexy Pt-H 0.5 Hydrogen Donors Pt S (-/0) (P1) PtH (PH3) Depth (µm) rychlé vyžíhání párů VO PH1 H1 PH2 P1 H4 H5 H Temperature (K) PH n.a. Hydrogenace platiny v křemíku implantací H + Výsledky: přímá, lokální hydrogenace platiny nová Pt-H centra, vyšší stabilita kontaminace platinou snižuje teplotní stabilitu radiačních poruch

13 V009 Výsledky v roce 2008 (aplikovaný výzkum) Metoda: FZ Si 6 : testovací struktury IGBT U br =1.2kV Broušení na 100µm, implantace, žíhání < 500 o C, G C IGBT 1200V

14 V009 Výsledky v roce 2008 (aplikovaný výzkum) Metoda: Ztenčení IGBT na 100µm přináší rekordně nízké ztráty v sepnutém stavu (V CESAT ) 100µm

15 Pokračování v roce 2009 V007: Lokální řízení doby života křemíkových polovodičových diod radiačními metodami: Cíl splněn. Nepokračuje. V008: Studium nízkoteplotní difúze paladia v křemíku stimulované radiačními poruchami: Cíl splněn. Zajímavá problematika pokračuje. V009: Studium radiačních poruch v polovodičích: Cíl splněn. Zajímavá problematika pokračuje.

16 Děkuji za pozornost...