Mesures de la durée de vie des porteurs minoritaires sur SiC

Ces dernières années, la qualité des matériaux à base de SiC s'est considérablement améliorée, ce qui fait que le SiC concurrence de plus en plus le silicium (Si), notamment pour les dispositifs de forte puissance. Comme il s'agit d'un semi-conducteur à large bande interdite, le SiC présente un certain nombre d'avantages par rapport au Si. La durée de vie des porteurs minoritaires est l'un des paramètres fondamentaux pour les performances des dispositifs semi-conducteurs, en particulier pour l'application du SiC dans les dispositifs haute tension. Il est donc nécessaire de mettre en œuvre une ingénierie de la durée de vie pour obtenir les meilleures performances d'un dispositif donné. Afin de fabriquer des dispositifs en SiC avec un rendement maximal, une caractérisation des matériaux à haute résolution est nécessaire, ainsi qu'une méthode permettant d'étudier l'origine des défauts dans le SiC afin d'améliorer encore la qualité.

Les deux méthodes sans contact et non destructives que sont la photoconductivité détectée par micro-ondes (MDP) et la spectroscopie de courant transitoire photo-induit (MD-PICTS) constituent des méthodes idéales pour la caractérisation de la qualité des matériaux et des défauts.

Le MDPmap, combiné à un laser UV (355 nm), est l'outil idéal pour l'étude spatiale des inhomogénéités de la durée de vie des porteurs minoritaires du SiC, avec une limite inférieure de 20 ns.

Les mesures MD-PICTS permettent l'étude en fonction de la température du transitoire de photoconductivité, ce qui permet de déterminer l'énergie d'activation des défauts et les sections efficaces de capture. Avec le système MD-PICTS, il est possible de mesurer jusqu'à 85 K à l'aide d'un cryostat à bain d'azote liquide, voire jusqu'à 4 K avec un système de refroidissement à l'hélium. La limite supérieure de température est de 800 K, ce qui permet également d'étudier les niveaux de pièges profonds. Grâce à l'option de cartographie supplémentaire, de petits échantillons (2 x 2 cm) peuvent être cartographiés à différentes températures.

Résultats

Les figures 1 et 2 montrent une carte de la durée de vie des porteurs minoritaires et un transitoire de photoconductivité d'un échantillon de 4H-SiC. Les deux ont été mesurés avec le MDPmap avec une résolution de 100 µm et un laser de 355 nm.

La figure 3 présente un spectre MD-PICTS avec deux niveaux de défauts détectés ayant des énergies d'activation de 0,12 eV et 0,22 eV. La mesure a été réalisée à l'aide d'un MDpicts et d'un bain d'azote liquide.

Pour plus d'informations, veuillez consulter :

B. Berger, N. Schüler, S. Anger, B. Gruendig-Wendrock, J. R. Niklas, K. Dornich, Physica Status Solidi A, 1-8. Caractérisation sans contact des défauts électriques dans les semi-conducteurs par spectroscopie des transitoires de courant photo-induits détectés par micro-ondes (MD-PICTS) et par photoconductivité détectée par micro-ondes (MDP)