최근 몇 년간 SiC 소재의 품질이 획기적으로 향상됨에 따라, SiC는 고전력 소자 등의 분야에서 실리콘(Si)에 대한 경쟁자로 점점 더 부상하고 있다. SiC는 광대역갭 반도체이기 때문에 Si에 비해 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 소수 캐리어 수명은 반도체 소자의 성능, 특히 고전압 소자에 SiC를 적용할 때 중요한 기본 매개변수 중 하나입니다. 따라서 특정 소자의 성능을 극대화하기 위해서는 수명 공학(lifetime engineering)을 수행해야 합니다. 최대 수율로 SiC 소자를 제조하기 위해서는 고해상도의 재료 특성 분석과 함께, 품질을 더욱 향상시키기 위해 SiC 내 결함의 원인을 조사할 수 있는 방법이 필요합니다.
비접촉식이며 비파괴적인 두 가지 방법인 마이크로파 검출 광전도도(MDP)와 광유발 전류 과도 분광법(MD-PICTS)은 재료 품질 및 결함 특성화에 이상적인 방법입니다.
UV 레이저(355 nm)와 결합된 MDPmap은 20 ns의 하한값을 갖는 SiC의 소수 캐리어 수명 불균일성을 공간적으로 조사하기 위한 이상적인 도구입니다.
MD-PICTS 측정을 통해 광전도도 과도 현상을 온도에 따라 조사하여 결함 활성화 에너지와 포획 단면적을 결정할 수 있습니다. MD-PICTS 시스템을 사용하면 액체 질소 수조 크라이오스타트를 통해 85 K까지, 헬륨 냉각 시스템을 통해서는 4 K까지 측정할 수 있습니다. 상한 온도는 800 K이므로 딥 트랩 레벨도 조사할 수 있습니다. 추가 매핑 옵션을 사용하면 소형 시편(2 x 2 cm)을 다양한 온도에서 매핑할 수 있습니다.
결과
그림 1과 2는 4H-SiC 시료의 소수 캐리어 수명 맵과 광전도도 과도 응답을 보여줍니다. 두 측정 모두 MDPmap을 사용하여 100 µm의 분해능과 355 nm 레이저로 수행되었습니다.
그림 3은 활성화 에너지가 0.12 eV와 0.22 eV인 두 개의 결함 레벨이 검출된 MD-PICTS 스펙트럼을 보여줍니다. 이 측정은 MDpicts와 액체 질소 욕조를 사용하여 수행되었습니다.
Fig.1: Minority carrier lifetime map of a 4" SiC wafer
Fig.2: Typical photoconductivity transient of a 4H-SiC sample
Fig. 3: MD-PICTS spectrum of a 4H-SiC sample, with two trap levels
관련 솔루션 및 산업: 에피택셜 레이어 및 박막
